吸气式电推进器（Air Breathing Electric Propulsion, ABEP）
吸气式电推进器是一项前瞻性的航天动力技术，它让航天器能“呼吸”所在轨道的高度稀薄大气作为推进工质，从而摆脱对传统携带推进剂的依赖，为在超低轨道（通常指250公里以下）长期运行提供了可能。
技术特点
| 技术维度 | 核心特点 |
|---|---|
| 工作原理 | 通过进气装置捕集稀薄大气，经电离和电场加速后喷出产生推力 |
| 核心优势 | 无需携带大量推进剂，有望实现超长在轨寿命，适用于超低轨道任务 |
| 系统构成 | 主要包括捕集机构、供给机构和推力发生机构 |
| 工质与功耗 | 工质源于环境大气（如氮气、氧气）；功耗范围宽，依赖太阳能 |
| 性能表现 | 推力主要用于补偿大气阻力，维持轨道 |
| 技术挑战 | 进气装置设计（效率与压缩平衡）、多组分工质电离、系统集成与地面模拟测试 |
工作原理
独特的工作原理：吸气式电推进器的核心在于它能直接利用超低轨道上的稀薄大气（主要成分如氮气、氧气等）作为工质。其工作流程主要分为三步：
- 通过特殊设计的进气装置高效捕获并压缩稀薄大气粒子；
- 利用等离子体源（如螺旋波电离、介质阻挡放电）将中性气体分子电离；
- 通过静电场或电磁场加速带电粒子高速喷出产生推力。
整个过程无需燃烧，能量来源于太阳能电池板。
性能优势鲜明：
- 延长任务寿命：无需携带推进剂，理论上只要能收集足够大气补偿阻力，即可持续工作，适用于180–250公里超低轨道长期任务（如高分辨率对地观测）。
- 拓展任务范围：可用于火星等有大气层的天体（如利用火星CO₂）。
- 适应宽气压范围：某些电离方案（如SDBD）可在数Pa至1个大气压下工作。
系统与技术挑战：
- 进气装置是关键：需平衡捕获效率与压缩倍率。
- 多组分工质电离：大气为混合气体，对电离稳定性与寿命提出挑战。
- 系统集成与地面测试：难以在地面准确模拟超低轨道环境。
应用场景
典型应用场景：超低轨道（180–250公里）高分辨率对地观测、大气科学探测、在轨服务等。
主要研发进展：中国科学院力学所、国防科大、兰州空间技术物理研究所，以及欧洲空间局（ESA）均在攻关高效进气、无电极电离、原理样机研制等方向，并取得系列成果。
总结
吸气式电推进器以其利用环境大气作为工质的核心创新，为航天器在超低轨道实现长期乃至“无限”驻留提供了变革性解决方案。它特别适合需要在极低轨道运行、对任务时长有极高要求的航天任务。尽管仍面临进气效率、工质电离等挑战，但随着研究深入，这项技术有望开启空间探索的新篇章。