【大纪元2020年04月17日讯】（大纪元记者刘薇编译）随着人造卫星数量的猛增，发射卫星所需的燃料用量也大幅增加。而且，将卫星送入轨道后，科学家们还需要一种动力来确保在必要时能够移动卫星，比如避开太空垃圾、补偿随时间的增加而出现的阻力、或是在任务结束后使其自行脱离轨道。
当前的标准卫星推进剂是一种基于肼的剧毒燃料，会给人带来一系列损害肝脏、肾脏和中枢神经系统等的健康问题。因此，所有操作人员都必须采取特殊的防护措施。如果在地面上发生肼泄露，其易爆性还可能造成公共安全风险。
2011年，欧洲化学品管理局（European Chemicals Agency）将肼添加到了“高度关注的物质”列表中，这意味着其使用将很快受到限制。因此，寻找一种安全的新型卫星推进剂也就势在必行了。
用于立方卫星的单元推进剂
航天器设备制造商NanoAvionics专注于开发超小型卫星技术，包括立方卫星CubeSat，一种由10厘米立方单位的倍数组成的小型卫星，其每单位的重量不超过1.33公斤。据统计，2016年至今小型卫星的发射数量增加了三倍，该公司因而启动了相关清洁推进剂的研究。
通过名为EPSS的项目，NanoAvionics开发了一种基于二硝酰胺铵（AND，一种由氮、氧和氢组成的化合物）的推进剂，其危害较小并尤其适用于小型卫星。该系统已被集成到一颗卫星上并在运行轨道上进行了演示。
新系统的工作原理是使燃料流经催化剂以进行分解，产生热量和气体来推动航天器飞行，这就是所谓的单元推进剂。而其它系统使用的则是二元推进剂，即两种液体保持分离状态，并在混合时点火。
研究人员表示，使用二元推进剂会给制造过程带来风险，因为这两种物质可能会意外提前接触并着火。而在单元推进剂中，燃料要经过很长一段过程才能燃烧，相对而言更加稳定。
混合动力系统
由欧洲空中客车公司（Airbus）协调的名为HyproGEO的项目也开发了一种无毒推进系统，其侧重点是地球赤道同步轨道上的卫星。这些对地静止卫星在赤道面上方35,786公里的圆形轨道上运行，犹如停留在地球表面上方的固定点，通常用于通信和广播。
将卫星送至这一高度并不容易，目前主要由肼基推进剂提供动力。不过，HyproGEO已开发出一种使用过氧化氢的混合动力系统。这种燃料包含98％的过氧化氢，具有高酸性，但其风险低于肼。它能分解成氧气和水，避免释放有害气体。
对地静止卫星的设计寿命在十年以上，一旦进入轨道后，其推进剂也必须保持同样强的动力以便操纵卫星。HyproGEO的解决方案是使用混合推进，即让过氧化氢通过催化剂以产生非常热的氧气和水蒸气。氧气本身就能提供推力，也可用以点燃另一种物质以增强推力。通过控制氧气流量，科学家们就能控制发动机推力。
HyproGEO先是开发了使用新推进剂的试验发动机并获得了成功，随后又设计了使用该燃料的火箭发动机。此后，挪威国防公司Nammo使用HyproGEO的混合动力发动机在短短三分钟内将火箭发射到距地球表面107公里的地方，这是使用传统推进系统发射亚轨道火箭通常所需的时间。
这些新型推进剂不仅安全、高效，而且廉价。NanoAvionics表示，其EPSS系统的成本大约是使用传统推进剂的同类系统的三分之一。
不过，混合动力推进系统目前还无法将卫星送入地球赤道同步轨道，这是HyproGEO下一步需设法解决的问题。◇
责任编辑：朱涵儒
