先进电推进系统(Advanced Electric Propulsion System, AEPS)是由NASA与Aerojet Rocketdyne(现被L3Harris收购)联合开发的高性能电推进系统,旨在支持深空探测任务,特别是为月球门户(Lunar Gateway)的电力与推进单元(PPE)提供核心推进能力。该系统通过整合磁屏蔽霍尔推力器、高效电力处理单元(PPU)和精密氙气流量控制器(XFC),实现了高功率、长寿命的性能。其最大输入功率为13.5 kW,最低功率可至6.7 kW,在13.5 kW 600 V可产生589 mN推力,比冲2600秒,系统效率57%,总质量123千克(不含线缆),是目前深空任务中能效比最高的电推进系统之一。
AEPS的核心技术源于NASA GRC和JPL联合开发的HERMeS(磁屏蔽霍尔效应系统),采用磁屏蔽设计,通过优化磁场分布显著降低通道壁的离子溅射腐蚀,寿命预计可达5万小时。其阴极中心布局和石墨极板进一步提高了等离子体稳定性和耐高温性能。PPU则承担了关键的转换功能,将航天器提供的95~140 V宽电压输入转换为300~600 V的高压输出,并通过模块化设计实现冗余——四个独立电源模块中任一故障均不影响系统运行,效率超过95%。氙气流量控制器(XFC)基于VACCO公司成熟的微流控技术,可在2.75 bar输入压力下精确调节氙气流量(8~24 mg/s),并集成微闩锁阀和压电比例阀,确保泄漏率低于1×10⁻⁶sccs,重量仅1.8千克,为系统轻量化提供了重要支持。
在系统架构上,AEPS通过1553总线与航电系统通信,接收高压电源和氙气供应,同时采用分布式热管理设计:推力器通过集成加热器和温度传感器实现独立温控,可远离航天器主体安装于万向架上;PPU和XFC则通过导热面被动散热。开发过程中,团队完成了技术验证单元(TDU)的磁屏蔽寿命测试和工程开发单元(EDU)的极端环境验证,包括11.4 grms振动、热真空循环及4500小时持续点火测试。目前首套飞行单元已进入资格认证阶段,计划于2025年交付,用于NASA的Artemis月球探索计划。
未来,AEPS不仅将作为月球门户的推进核心,还可能扩展至火星或外太阳系科学任务。其模块化架构为功率升级(如20 kW以上)预留了空间,而长寿命设计则为深空探测的可持续性提供了关键支撑。
