2024年6月10日，在中国长城工业集团有限公司的官方网页上一条简短的新闻却引发了轩然大波：亚太6E通信卫星成功定位于东经135.5度地球静止轨道！

这颗在一年半前发射，在升轨过程中主发动机故障，几乎在被判定“死刑”的情况下成功升轨至静止轨道，而且这颗变轨能力极强的、被美国第18太空部队重点关注的卫星，居然被跟丢了4个月！

卫星发射历程：主发动机故障成功升轨

2023年1月12日凌晨2点10分，西昌卫星发射中心LC-2工位，长征二号丙火箭带着亚太六号E卫星成功点火升空，在程序转弯后，长征二号丙火箭拖着长长的火焰消失在了夜空中，10分钟后，星箭成功分离，卫星进入了一条近地点229千米，远地点641千米，倾角为28.5度的初始近地轨道，发射圆满成功。

亚太六号E卫星：第一次尝试这种特殊的模式

亚太六号E卫星（APStar 6E）是航天科技集团五院采用东方红三号E通信卫星平台研制的首颗卫星，这颗卫星包含二十五 (25) 个 Ku 波段用户波束和三 (3) 个 Ka 波段关站波束，有效载荷容量为 30Gbps，使用寿命为15年。

完成在轨测试后将最终定点于东经134°轨道位置，之后转由香港亚太星联卫星有限公司运营，主要聚焦东南亚卫星通信市场，将为该地区提供高性价比的高通量宽带卫星通信服务。

亚太六号E卫星由卫星加一个SPS 的附加推进模块组成，总质量约为4.3吨，其中卫星重约2.09吨，SPS附加推进模块约2.2吨，这个推进模块包括了用1台490N FY-25双组元推力器（真空比冲315s）和4组总计8台10N双组元推力器（真空比冲285s），还有一系列1N的ACS的双组元推进器。这些发动机由两个包裹了热控材料的T1000碳纤维缠绕氦气瓶提供压力。

SPS附加推进模块可以理解为上面级，长征二号丙火箭推力并不足以让卫星直接进入静止轨道，也无法直接进入转移轨道，因此在卫星进入临时轨道后，会由附加推进模块送入一条约2000 x 7000千米的临时轨道，再由星载发动机接力将卫星送入静止轨道。

FY-25发动机是一种挤压循环的肼类燃料发动机，其燃料与氧化剂分别为偏二甲肼与四氧化二氮，熟悉这种燃料的都知道这是“毒发”，因为燃料有毒，但由于其非常稳定，星载主发动机或者变轨发动机以及着陆变推力发动机等基本都用这种发动机。

FY-25发动机的功能就是将亚太六号E卫星送入临时轨道后再由星载的离子电推发动机接力，这种模式可以大幅降低发射载荷，也可以大大降低成本，可以使用中小型火箭发射静止轨道卫星，甚至能部分担任深空探索任务，因为星载离子发动机非常节省燃料。

意外发生：配角变主角，配配角转超级主角超负荷工作

亚太六号E卫星成功入轨1小时后，负责研制火箭和卫星的中国航天科技集团公司（CASC）宣布发射成功，然而让人意想不到的是这次火箭系统成功后亚太六号E卫星却遭遇了“地狱难度”级别的变轨：

金色的就是SPS附加舱段

490N的FY-25发动机挤压循环系统中的一个阀门出现了故障，这是将燃料与氧化剂加压形式注入发动机燃烧室的关键装置，故障后导致主发动机无法点燃！地面测控的工程师们在解决了阀门问题后再次遭遇不明原因的故障，FY-25就是无法启动！

然而在这条近地点229千米，远地点641千米，倾角为28.5度的初始近地轨道上却不是久留之地，因为这里稀薄的大气分子阻力会导致卫星高度不断下降，最终将坠入大气层！怎么办？天才的工程师们想到了10N辅助发动机来推进卫星进入2000 x 7000千米的临时轨道。

2023年1月25日，也就是在发射13天后，10N的辅助发动机终于将卫星送入了2000 x 7000千米的临时轨道，SPS模块完成了历史使命，卫星本体与推进舱分离，开始使用离子电推进发动机继续升轨。

美太空部队跟丢卫星：到底是怎么回事？

2024年6月10日，亚太六号E卫星终于成功定位于东经135.5度地球静止轨道，历时将近一年半，从200多千米的高度爬升到了3.6万千米，真是太不容易了！而在这个过程中还发生了相当有趣的事件，遭到了美国第18太空部队重点关照的亚太六号E卫星居然被跟丢了。

从亚太六号E卫星发射开始，美第18太空部队就对其开始了“不间断”的监视，原因很简单，长征二号丙火箭的近地轨道运载能力也只有4吨略高点，但中国人用来发射静止卫星轨道，这显然是用上了“黑科技”，一旦中国实现这种SPS附加模块+电推的组合卫星，未来中国要在静止轨道上部署卫星成本将大幅降低，对美国在静止轨道卫星优势产生极大的威胁！

因此在SPS附加舱段主发动机故障开始，美第18太空部队就对其开始了“不间断”的监视，一直在在发布这颗卫星的轨道信息，但是在2023年7月26日，一直非常关注太空领域进展的美行星科学家乔纳森·麦克道威尔发推文指出，美国太空部队已经连续四个月没有发布这颗卫星的轨迹，看来是跟丢了这颗卫星，在“失踪”前，这颗卫星正位于5360 x 9850千米，倾角为28.8度的轨道上。

跟丢可能有几个原因，一个可能是美太空部队认为这颗卫星长时间没有入轨已经失控，毕竟跟踪是需要资源的，所以放弃跟踪一颗失效的卫星似乎也可以理解；另一种这颗亚太六号E卫星可能执行了某种主动“隐身”设备让美军找不到其行踪。至于是哪种确实不好推测，但第一种的可能性可能更大一些。

究竟是怎样的发动机，竟然可以持续工作一年半？

亚太六号E卫星已经成功入轨，未来将转入运行阶段，故事到这里似乎可以告一段落了！然而网友们的疑问却更大了，上文说了，从2023年1月25日开始，星载的离子发动机就开始工作推进卫星变轨，从那会开始算起到中国长城工业集团有限公司官宣成功，整整将近一年半时间，到底是什么样的发动机可以持续工作一年半？

离子电推与霍尔电推：与你想象的发动机有些不一样

亚太6E卫星基于东方红三号E（DFH-3E）平台建造，卫星本体配置了四台离子推进的发动机，其中2台是LIPS-300离子推进发动机，另外2台是SPT-140D霍尔推进发动机。两者都是离子推进器，但功能上却有些区别：

• SPT-140D霍尔推进发动机的推力更大一些，但比冲略低低，主要用于从初始的亚同步转移轨道升轨至地球静止轨道；
• LIPS-300离子推进发动机推力比较小，但比冲很高，主要用于卫星在静止轨道上的定点维持；

SPT-140D霍尔推进发动机的推力约为280毫牛，比冲为1800秒，最大功率为4.5KW，最小功耗为900W，LIPS-300离子推进发动机有多个工作状态：

• 推力/mN（毫牛）： 200/160/100
• 比冲/s：3500/3500/4000
• 功率/kW： 5.0/4.0/ 3.0

这里需要理解一个比冲的概念，按定义解释是单位推进剂的量所产生的冲量，或者单位时间内消耗单位推进剂所产生的推力，可能不太好理解这个词，或者可以简单理解为发动机对燃料利用率，比冲越高，燃料利用率也越高，常见毒发（偏二甲肼与四氧化二氮）一般在300秒内，液氧煤油火箭发动机在330秒左右，液氢液氧在450秒内，离子电推发动机能轻松达到1000秒以上，比如霍尔推进在1800秒左右，离子电推在3000秒以上，几乎是化学燃料火箭的10倍左右。

离子发动机是什么原理：为什么效率会那么高？

两种发动机的大致原理基本都是利用电场来加速等离子状态的“推进剂”，但驱动离子加速方式却有些不一样，目前主要分为如下两大类：

• 静电加速式，也就是离子式，称为离子推进；
• 电磁式（霍尔式），称为霍尔推进；

我们都将这类发动机叫做离子推进，所以还经常引起混淆，不过大家理解了也就没问题了。静电式的原理是将推进剂电离后，利用栅极提取离子，再利用静电场来加速离子，静电场可以高电压将离子加速到很高速度，但“排气”总量比较有限，因为静电场用来加速的栅极面积有限，否则体积会很大，因此单位体积下的离子发动机推力有限，但比冲很高。

电磁型则是利用磁场控制电子的运动，让电子在推进方向上积累，形成一个电位差，然后再用这个制造的电位差来加速离子，获得推进动力。这种发动机的离子排气速度不如静电加速，但好在可以增加“排气”总量获得大推力，所以比冲比较低。

静电加速有一个推进的栅极，这个栅极处在高速的离子流中，存在一个寿命问题，而电磁型则不存在这个问题，所以有的卫星就将这两种发动机混在一起用，大推力用来变轨，小推力用来轨道维持或者定点维持。

霍尔效应推进器原理

推进剂为比较容易电离的氙或者汞，甚至也有氩！利用电场将已经高电离后的电子（带负电）和离子（带正电）分离，电子也可以加速，但由于其质量很小，带来的推力很小，主要用于中和尾流，否则在卫星上将会出现电荷累积。

上文已经说明了增加推力有两种方式，一种是增加排气速度，另一种是增加排气质量，后者就是现代化学火箭发动机的原理，因为化学火箭的排气速度无法再增加了，所以只能增加排气质量，所以发动机越造越大，推力也越来越大，但工作时间却不长，因为大质量的燃料消耗很快就会将推进剂耗尽。

这个模式在发射时还好，但到了在轨运行时就不行了，比如轨道维持与卫星定点维持，如果用化学火箭的话长期操作需要携带数吨燃料，比如静止轨道卫星，动辄就是数吨，但如此重量显然是不合适的，原因很简单，火箭运载能力有限，小火箭根本无法胜任发射工作，或者用大火箭运载成本很高！

此时突破化学火箭发动机排气速度的技术诞生了，将离子加速到高速的方式要远比化学火箭的数千米/秒高得多，离子推进的电场加速速度能将排气速度提升到数十千米甚至上百千米每秒，排气速度增加，达到同样速度的总燃料消耗就少了。

早期的静止轨道卫星需要携带数吨燃料，发射一次成本上亿美元，成本实在有点高，即使自家有火箭也有点吃不消，现在有了离子电推进火箭，卫星的燃料质量从数吨变成了数百千克，数量级差异，大幅度节省了发射时大质量带来的高昂成本。

不过离子发动机也有一个致命问题，就是总推力太小，一般离子推进发动机的推力都是微牛或者毫牛，再了不起也就到牛的水平，什么意思呢？微牛连一张A4纸都推不动，毫牛倒是可以，但推力依然很小，牛级别的推力也不大。这种发动机无法用在发射时的大推力要求的环境，只能在真空中作为卫星变轨与轨道维持使用，或者用在深空探测器上作为主发动机使用。

举个例子，静止卫星在轨道上会出现定点漂移，而静止轨道资源非常匮乏，卫星数量众多，“相当拥挤”，因此距离大了不仅位置会偏移，还可能发生碰撞，所以必须要燃料来维持这个定点精度，此前使用化学燃料火箭时，15年寿命的通信卫星至少需要携带2-3吨的燃料，比如东方红4号卫星平台上有两个1400升的化学储剂箱，总质量大约是3.1吨，卫星总重为5.1吨，真正的干质量只有2吨左右。

目前的亚太6E卫星总质量只有4.3吨，而且还有一个2.2吨的推进模块，，并且还可以使用更低成本的长征二号丙火箭发射，亚太6E卫星上电推“燃料”装载大约只有300千克左右。几乎就是数量级的差异，这节省的重量可以多装很多转发器，对于通信卫星来说，转发器越多能提供的通道就越多，能同时服务更多的通信需求，简单来说就是能出租给更多的用户，就是白花花的银子！

我国离子电推的水平：到底如何？

我国在离子电推上曾经走在全球最前沿，早在1974年就开始研制离子电推力系统，到了1986年研制了80毫米汞离子电推进，该成果于1987年获得了国家科技进步一等奖，在当时达到了国际领先水平，产品水平不弱于从上世纪50年代就开始从事此方面研究的美国。可这反而成了离子电推进系统由盛转衰的时候。由于当时科学技术的制约，以及美国也没有开始应用，国家相关部门决定不再从事离子电推进系统的研究，而这一放就是十年。

等到1997年美国在SPI卫星上首次应用了离子电推进系统在国际上引起轰动后，1998年我国相关部门才开始对离子发动机进行二次研究，尽管有些落后了，但发展相当快，2007年至2012年为实践九号卫星研制了200毫米离子电推进子系统，2019年12月27日发射的实践二十号卫星上更是运用了离子电推进系统由4台LIPS-300离子电推发动机。

2020年1月，我国首款20KW大功率霍尔推进发动机的研发成功，实现了推力从毫牛级向牛级的跨越；2022年，航天科技集团五院510所在地面试验中，单通道霍尔推进发动机（HET-450）以Xe为工质最大功率到105千瓦，最大推力达到4.6牛，这台单通道霍尔发动机仅比美国多通道X3霍尔推力器（最大功率102千瓦，最大推力5.4牛）略低。

目前我国在天宫空间站上安装了四台HET-80霍尔推进发动机，作为轨道维持使用，全电推进的通信卫星也已经成功入轨，发动机长期工作得到了地狱级考验，星载发动机从化学发动机全面转向电推进发动机。牛顿级的霍尔电推在未来的载人火星探测上非常有使用前景，等到那时，太阳系大航海时代将会真正来临。