2024年6月10日，在中國長城工業集團有限公司的官方網頁上一條簡短的新聞卻引發了軒然大波：亞太6E通信衛星成功定位于東經135.5度地球靜止軌道！

這顆在一年半前發射，在升軌過程中主發動機故障，幾乎在被判定“死刑”的情況下成功升軌至靜止軌道，而且這顆變軌能力極強的、被美國第18太空部隊重點關注的衛星，居然被跟丟了4個月！

2023年1月12日淩晨2點10分，西昌衛星發射中心LC-2工位，長征二號丙火箭帶著亞太六號E衛星成功點火升空，在程序轉彎後，長征二號丙火箭拖著長長的火焰消失在了夜空中，10分鍾後，星箭成功分離，衛星進入了一條近地點229千米，遠地點641千米，傾角爲28.5度的初始近地軌道，發射圓滿成功。

亞太六號E衛星：第一次嘗試這種特殊的模式

亞太六號E衛星（APStar 6E）是航天科技集團五院采用東方紅三號E通信衛星平台研制的首顆衛星，這顆衛星包含二十五 (25) 個 Ku 波段用戶波束和三 (3) 個 Ka 波段關站波束，有效載荷容量爲 30Gbps，使用壽命爲15年。

完成在軌測試後將最終定點于東經134°軌道位置，之後轉由香港亞太星聯衛星有限公司運營，主要聚焦東南亞衛星通信市場，將爲該地區提供高性價比的高通量寬帶衛星通信服務。

亞太六號E衛星由衛星加一個SPS 的附加推進模塊組成，總質量約爲4.3噸，其中衛星重約2.09噸，SPS附加推進模塊約2.2噸，這個推進模塊包括了用1台490N FY-25雙組元推力器（真空比沖315s）和4組總計8台10N雙組元推力器（真空比沖285s），還有一系列1N的ACS的雙組元推進器。這些發動機由兩個包裹了熱控材料的T1000碳纖維纏繞氦氣瓶提供壓力。

SPS附加推進模塊可以理解爲上面級，長征二號丙火箭推力並不足以讓衛星直接進入靜止軌道，也無法直接進入轉移軌道，因此在衛星進入臨時軌道後，會由附加推進模塊送入一條約2000 x 7000千米的臨時軌道，再由星載發動機接力將衛星送入靜止軌道。

FY-25發動機是一種擠壓循環的肼類燃料發動機，其燃料與氧化劑分別爲偏二甲肼與四氧化二氮，熟悉這種燃料的都知道這是“毒發”，因爲燃料有毒，但由于其非常穩定，星載主發動機或者變軌發動機以及著陸變推力發動機等基本都用這種發動機。

FY-25發動機的功能就是將亞太六號E衛星送入臨時軌道後再由星載的離子電推發動機接力，這種模式可以大幅降低發射載荷，也可以大大降低成本，可以使用中小型火箭發射靜止軌道衛星，甚至能部分擔任深空探索任務，因爲星載離子發動機非常節省燃料。

意外發生：配角變主角，配配角轉超級主角超負荷工作

亞太六號E衛星成功入軌1小時後，負責研制火箭和衛星的中國航天科技集團公司（CASC）宣布發射成功，然而讓人意想不到的是這次火箭系統成功後亞太六號E衛星卻遭遇了“地獄難度”級別的變軌：

金色的就是SPS附加艙段

490N的FY-25發動機擠壓循環系統中的一個閥門出現了故障，這是將燃料與氧化劑加壓形式注入發動機燃燒室的關鍵裝置，故障後導致主發動機無法點燃！地面測控的工程師們在解決了閥門問題後再次遭遇不明原因的故障，FY-25就是無法啓動！

然而在這條近地點229千米，遠地點641千米，傾角爲28.5度的初始近地軌道上卻不是久留之地，因爲這裏稀薄的大氣分子阻力會導致衛星高度不斷下降，最終將墜入大氣層！怎麽辦？天才的工程師們想到了10N輔助發動機來推進衛星進入2000 x 7000千米的臨時軌道。

2023年1月25日，也就是在發射13天後，10N的輔助發動機終于將衛星送入了2000 x 7000千米的臨時軌道，SPS模塊完成了曆史使命，衛星本體與推進艙分離，開始使用離子電推進發動機繼續升軌。

美太空部隊跟丟衛星：到底是怎麽回事？

2024年6月10日，亞太六號E衛星終于成功定位于東經135.5度地球靜止軌道，曆時將近一年半，從200多千米的高度爬升到了3.6萬千米，真是太不容易了！而在這個過程中還發生了相當有趣的事件，遭到了美國第18太空部隊重點關照的亞太六號E衛星居然被跟丟了。

從亞太六號E衛星發射開始，美第18太空部隊就對其開始了“不間斷”的監視，原因很簡單，長征二號丙火箭的近地軌道運載能力也只有4噸略高點，但中國人用來發射靜止衛星軌道，這顯然是用上了“黑科技”，一旦中國實現這種SPS附加模塊+電推的組合衛星，未來中國要在靜止軌道上部署衛星成本將大幅降低，對美國在靜止軌道衛星優勢産生極大的威脅！

因此在SPS附加艙段主發動機故障開始，美第18太空部隊就對其開始了“不間斷”的監視，一直在在發布這顆衛星的軌道信息，但是在2023年7月26日，一直非常關注太空領域進展的美行星科學家喬納森·麥克道威爾發推文指出，美國太空部隊已經連續四個月沒有發布這顆衛星的軌迹，看來是跟丟了這顆衛星，在“失蹤”前，這顆衛星正位于5360 x 9850千米，傾角爲28.8度的軌道上。

跟丟可能有幾個原因，一個可能是美太空部隊認爲這顆衛星長時間沒有入軌已經失控，畢竟跟蹤是需要資源的，所以放棄跟蹤一顆失效的衛星似乎也可以理解；另一種這顆亞太六號E衛星可能執行了某種主動“隱身”設備讓美軍找不到其行蹤。至于是哪種確實不好推測，但第一種的可能性可能更大一些。

亞太六號E衛星已經成功入軌，未來將轉入運行階段，故事到這裏似乎可以告一段落了！然而網友們的疑問卻更大了，上文說了，從2023年1月25日開始，星載的離子發動機就開始工作推進衛星變軌，從那會開始算起到中國長城工業集團有限公司官宣成功，整整將近一年半時間，到底是什麽樣的發動機可以持續工作一年半？

離子電推與霍爾電推：與你想象的發動機有些不一樣

亞太6E衛星基于東方紅三號E（DFH-3E）平台建造，衛星本體配置了四台離子推進的發動機，其中2台是LIPS-300離子推進發動機，另外2台是SPT-140D霍爾推進發動機。兩者都是離子推進器，但功能上卻有些區別：

SPT-140D霍爾推進發動機的推力更大一些，但比沖略低低，主要用于從初始的亞同步轉移軌道升軌至地球靜止軌道；

LIPS-300離子推進發動機推力比較小，但比沖很高，主要用于衛星在靜止軌道上的定點維持；

SPT-140D霍爾推進發動機的推力約爲280毫牛，比沖爲1800秒，最大功率爲4.5KW，最小功耗爲900W，LIPS-300離子推進發動機有多個工作狀態：

推力/mN（毫牛）： 200/160/100

比沖/s：3500/3500/4000

功率/kW： 5.0/4.0/ 3.0

這裏需要理解一個比沖的概念，按定義解釋是單位推進劑的量所産生的沖量，或者單位時間內消耗單位推進劑所産生的推力，可能不太好理解這個詞，或者可以簡單理解爲發動機對燃料利用率，比沖越高，燃料利用率也越高，常見毒發（偏二甲肼與四氧化二氮）一般在300秒內，液氧煤油火箭發動機在330秒左右，液氫液氧在450秒內，離子電推發動機能輕松達到1000秒以上，比如霍爾推進在1800秒左右，離子電推在3000秒以上，幾乎是化學燃料火箭的10倍左右。

離子發動機是什麽原理：爲什麽效率會那麽高？

兩種發動機的大致原理基本都是利用電場來加速等離子狀態的“推進劑”，但驅動離子加速方式卻有些不一樣，目前主要分爲如下兩大類：

靜電加速式，也就是離子式，稱爲離子推進；

電磁式（霍爾式），稱爲霍爾推進；

我們都將這類發動機叫做離子推進，所以還經常引起混淆，不過大家理解了也就沒問題了。靜電式的原理是將推進劑電離後，利用柵極提取離子，再利用靜電場來加速離子，靜電場可以高電壓將離子加速到很高速度，但“排氣”總量比較有限，因爲靜電場用來加速的柵極面積有限，否則體積會很大，因此單位體積下的離子發動機推力有限，但比沖很高。

電磁型則是利用磁場控制電子的運動，讓電子在推進方向上積累，形成一個電位差，然後再用這個制造的電位差來加速離子，獲得推進動力。這種發動機的離子排氣速度不如靜電加速，但好在可以增加“排氣”總量獲得大推力，所以比沖比較低。

靜電加速有一個推進的柵極，這個柵極處在高速的離子流中，存在一個壽命問題，而電磁型則不存在這個問題，所以有的衛星就將這兩種發動機混在一起用，大推力用來變軌，小推力用來軌道維持或者定點維持。

霍爾效應推進器原理

推進劑爲比較容易電離的氙或者汞，甚至也有氩！利用電場將已經高電離後的電子（帶負電）和離子（帶正電）分離，電子也可以加速，但由于其質量很小，帶來的推力很小，主要用于中和尾流，否則在衛星上將會出現電荷累積。

上文已經說明了增加推力有兩種方式，一種是增加排氣速度，另一種是增加排氣質量，後者就是現代化學火箭發動機的原理，因爲化學火箭的排氣速度無法再增加了，所以只能增加排氣質量，所以發動機越造越大，推力也越來越大，但工作時間卻不長，因爲大質量的燃料消耗很快就會將推進劑耗盡。

這個模式在發射時還好，但到了在軌運行時就不行了，比如軌道維持與衛星定點維持，如果用化學火箭的話長期操作需要攜帶數噸燃料，比如靜止軌道衛星，動辄就是數噸，但如此重量顯然是不合適的，原因很簡單，火箭運載能力有限，小火箭根本無法勝任發射工作，或者用大火箭運載成本很高！

此時突破化學火箭發動機排氣速度的技術誕生了，將離子加速到高速的方式要遠比化學火箭的數千米/秒高得多，離子推進的電場加速速度能將排氣速度提升到數十千米甚至上百千米每秒，排氣速度增加，達到同樣速度的總燃料消耗就少了。

早期的靜止軌道衛星需要攜帶數噸燃料，發射一次成本上億美元，成本實在有點高，即使自家有火箭也有點吃不消，現在有了離子電推進火箭，衛星的燃料質量從數噸變成了數百千克，數量級差異，大幅度節省了發射時大質量帶來的高昂成本。

不過離子發動機也有一個致命問題，就是總推力太小，一般離子推進發動機的推力都是微牛或者毫牛，再了不起也就到牛的水平，什麽意思呢？微牛連一張A4紙都推不動，毫牛倒是可以，但推力依然很小，牛級別的推力也不大。這種發動機無法用在發射時的大推力要求的環境，只能在真空中作爲衛星變軌與軌道維持使用，或者用在深空探測器上作爲主發動機使用。

舉個例子，靜止衛星在軌道上會出現定點漂移，而靜止軌道資源非常匮乏，衛星數量衆多，“相當擁擠”，因此距離大了不僅位置會偏移，還可能發生碰撞，所以必須要燃料來維持這個定點精度，此前使用化學燃料火箭時，15年壽命的通信衛星至少需要攜帶2-3噸的燃料，比如東方紅4號衛星平台上有兩個1400升的化學儲劑箱，總質量大約是3.1噸，衛星總重爲5.1噸，真正的幹質量只有2噸左右。

目前的亞太6E衛星總質量只有4.3噸，而且還有一個2.2噸的推進模塊，，並且還可以使用更低成本的長征二號丙火箭發射，亞太6E衛星上電推“燃料”裝載大約只有300千克左右。幾乎就是數量級的差異，這節省的重量可以多裝很多轉發器，對于通信衛星來說，轉發器越多能提供的通道就越多，能同時服務更多的通信需求，簡單來說就是能出租給更多的用戶，就是白花花的銀子！

我國離子電推的水平：到底如何？

我國在離子電推上曾經走在全球最前沿，早在1974年就開始研制離子電推力系統，到了1986年研制了80毫米汞離子電推進，該成果于1987年獲得了國家科技進步一等獎，在當時達到了國際領先水平，産品水平不弱于從上世紀50年代就開始從事此方面研究的美國。可這反而成了離子電推進系統由盛轉衰的時候。由于當時科學技術的制約，以及美國也沒有開始應用，國家相關部門決定不再從事離子電推進系統的研究，而這一放就是十年。

等到1997年美國在SPI衛星上首次應用了離子電推進系統在國際上引起轟動後，1998年我國相關部門才開始對離子發動機進行二次研究，盡管有些落後了，但發展相當快，2007年至2012年爲實踐九號衛星研制了200毫米離子電推進子系統，2019年12月27日發射的實踐二十號衛星上更是運用了離子電推進系統由4台LIPS-300離子電推發動機。

2020年1月，我國首款20KW大功率霍爾推進發動機的研發成功，實現了推力從毫牛級向牛級的跨越；2022年，航天科技集團五院510所在地面試驗中，單通道霍爾推進發動機（HET-450）以Xe爲工質最大功率到105千瓦，最大推力達到4.6牛，這台單通道霍爾發動機僅比美國多通道X3霍爾推力器（最大功率102千瓦，最大推力5.4牛）略低。

目前我國在天宮空間站上安裝了四台HET-80霍爾推進發動機，作爲軌道維持使用，全電推進的通信衛星也已經成功入軌，發動機長期工作得到了地獄級考驗，星載發動機從化學發動機全面轉向電推進發動機。牛頓級的霍爾電推在未來的載人火星探測上非常有使用前景，等到那時，太陽系大航海時代將會真正來臨。