近年来,新型航天任务对电推进提出了新需求。采用新工质是电推进满足这些需求的核心途径。系统对比分析了氪、氩等惰性气体,碘、金刚烷等易升华固体,镁、锌等金属,水、二氧化碳等天然化合物,液氨、离子液体等人造化合物/混合物,以及含能与改性工质等多类新工质特性,呈现其研究进展。研究表明,新工质在降低成本、适配任务需求（如低轨巨型星座、微小卫星、深空探测、在轨资源利用）方面展现出显著潜力,但也面临诸如效率低、阴极寿命短、贮存难度大、相容性差、地面试验困难等问题,需要攻克高效电离与协同加速技术、高可靠长寿命阴极技术、高密度长寿命贮供技术、与航天器相容性技术、面向需求的新工质选择与精准设计技术、高效能地面试验技术等关键技术挑战,最后展望未来发展趋势。

随着电推进技术的快速发展,基于氙工质的电推进存在氙储量少、成本高、贮存密度较低、贮供系统复杂等问题。因此,有必要开发能够高密度存储、价格低廉的新型电推进工质。碘兼具了贮存密度高、放电性能较好、价格低的优点,与氙的物性参数相近,具有优秀的替代性。本文从碘工质的物性参数出发,分析了碘工质电推力器类型、发展现状及应用情况,并总结碘工质电推进系统的技术挑战。

随着低轨卫星星座的快速发展,霍尔推力器的应用呈爆发式增长。氪工质霍尔推力器凭借其低成本、高性能等优势,有望成为霍尔推力器应用的主要方向。本文探讨了氪工质霍尔推力器国内外技术发展和应用现状,简述了氪工质霍尔推力器研制的技术难点,并对氪工质霍尔推力器未来发展方向提出了建议。

低成本的氩工质霍尔电推进在巨型星座与商业航天、工质需求量大的大功率空间任务、大规模远距离的深空探测任务等领域具有广阔应用前景。本文主要介绍氩工质霍尔的特性及国内外研究现状,提出氩工质霍尔的发展方向,并对氩工质霍尔未来的应用进行展望。

目前,电推进工质研究正从传统氙气工质向具有低成本、高贮存密度优势的工质转变,金属工质是重要发展方向。霍尔电推进是目前空间应用最为广泛的电推进技术,本文从金属工质特性出发,论述了国内外在金属工质霍尔电推进领域的研究现状,分析了金属工质高温相变供给及高可靠微流量控制技术,金属工质高效电离及加速技术,金属工质霍尔推力器高效热管理技术,金属工质与推进系统及航天器相容性等关键技术,并对其未来应用进行了展望。

近年来,商业航天公司研发的多种类型水工质电推进产品先后实现在轨飞行,验证了水作为空间电推进工质的可行性。相比于传统的化学工质或氙、氪等气体工质,水具有常压常温贮存、价格低廉、安全性高等特点,并在空间资源原位利用中具有较大优势,在空间电推进技术领域具有较大发展潜力。本文梳理了水工质电推进技术在轨应用情况,介绍了不同类型水工质推进技术的工作原理;从推力量级角度,介绍了从微牛到牛级典型的水工质电推进技术,给出了最新技术进展和商业航天公司典型产品;最后介绍了代表性水工质商业航天公司及其产品,分析了后续水工质电推进技术发展方向。

近年来,以低轨星座为代表的航天任务发展迅速,氙工质资源的稀缺性带来的成本问题不断凸显,新工质应用需求愈发迫切,已成为空间电推进重要发展方向之一。目前,国内外正在大量开展以霍尔、离子电推进为代表的空间电推进系统采用新工质可行性的研究。空间电推进阴极是该系统的关键部件,受工作环境特殊性的影响,其对各种新工质的适应能力存在显著差别。给出空间电推进阴极在不同新工质下的研究进展,并提出未来发展重点,为空间电推进系统的新工质应用方案提供参考。

近年来,随着巨型星座计划相继实施,微小卫星数量呈现爆发式增长趋势。由于微小卫星体积较小、能源受限,冷气或化学推进难以满足其高频次、长寿命的动力需求。脉冲等离子体推力器（PPT）具有比冲高、功耗低、结构简单、可靠性高等独特优势,非常适合作为微小卫星的动力系统。针对传统聚四氟乙烯（PTFE）工质存在的滞后烧蚀、积碳严重等问题,综述了新工质PPT的研究进展,主要分析了水蒸气、二甲醚、全氟聚醚、PTFE复合材料、硫、石墨等多种工质PPT的性能特点与发展现状。新工质PPT的研究拓展了脉冲等离子体推进技术能力边界,可为未来高性能电推进技术新型工质选择提供参考。