現(xiàn)在，對于幾乎任何一顆衛(wèi)星，推進系統(tǒng)都是必備的，因為它實在是太重要了。

為什么這么說？主要是以下三個方面的需求。

1. 航天任務(wù)（最終入軌+執(zhí)行復(fù)雜的探索類太空任務(wù)）

可能會有人認為，衛(wèi)星的發(fā)射、入軌全靠火箭。其實不然，“人生的路啊，要寄幾走”這個道理，衛(wèi)星也是很明白的呢。

即便今天的火箭發(fā)射技術(shù)已經(jīng)日趨完善，但它也只能將衛(wèi)星送入預(yù)訂的軌道高度和軌道傾角上，剩下的都由衛(wèi)星自我推進。

例如，前段時間備受關(guān)注的中星9A。即使它正常入軌，也是進入一個同步轉(zhuǎn)移軌道，這是一個距離地球最近300-500千米，而最遠可達36000千米的超大橢圓。衛(wèi)星距離地面越遠速度越慢，到了最高點時，衛(wèi)星上的推進設(shè)備工作，工質(zhì)的反推力與速度方向相同且呈一定夾角，將衛(wèi)星速度加速到3.1千米每秒并改變速度方向，實現(xiàn)相對靜止地“停”在赤道上空（此時軌道周期是24h）。

（中星9A原計劃的同步轉(zhuǎn)移軌道、實際轉(zhuǎn)移軌道與最終的同步軌道對比圖）

而對于探索外太空之類的復(fù)雜任務(wù)，推進系統(tǒng)的重要性基本排名第一。例如探月任務(wù)，火箭只能將其送出地球幾百公里，但目標卻是遠在38萬公里外的月球，這個過程就需要經(jīng)歷復(fù)雜的機動過程。我國在2010年國慶節(jié)發(fā)射的嫦娥二號，甚至在復(fù)雜的探月任務(wù)結(jié)束后，飛到了距地球150萬公里的日地拉格朗日引力平衡點，又在700萬公里外探訪了一顆小行星，如今已經(jīng)在1億公里外了。

（嫦娥二號軌跡圖，可以看出離開地球只是起點©新華社）

1977年美國發(fā)射的旅行者2號是人類歷史上最高產(chǎn)的一個航天器，它在任務(wù)周期中探訪了木星、土星、天王星和海王星這四個太陽系內(nèi)全部的氣態(tài)行星和它們的衛(wèi)星體系，這個過程對軌道機動能力要求極高，可謂“失之毫厘，謬以千里”，如今它已經(jīng)距離地球280億公里，但還在保持與地球的通信。

2. 修正宇宙環(huán)境造成的軌道偏移

宇宙環(huán)境并不能簡單模擬，因為影響因素實在太多。例如，對于一顆飛在地球附近幾百公里的衛(wèi)星而言，需要考慮的影響就包括：

地球非均勻的重力場（比如喜馬拉雅山和太平洋的引力影響不同）；

月球、太陽甚至木星的引力攝動，地球海洋、陸地和大氣的潮汐；

太陽光和地球反射的太陽光對衛(wèi)星造成的壓力；

極其稀薄大氣造成的阻力等等因素。

在這些因素影響下，衛(wèi)星會逐漸偏離軌道，此時必須依靠本身推進能力修正。

（國際空間站入軌前兩年軌道高度變化，大部分軌道提高都來自美國航天飛機和俄羅斯的空間站艙段© http://keywordsuggest.org/）

一個典型的例子是已經(jīng)入軌近20年的國際空間站，它目前飛在距離地面400千米的軌道上?？梢詮膱D中看出，它的軌道高度深受近地環(huán)境影響，如果不加以推進修正，就會迅速降低。雖然每次貨運飛船對接國際空間站后，都會在返回地球前使出絕大部分能量將國際空間站推高，但目前已經(jīng)是一個420噸的龐然大物的它每年都需要自我修正好幾十次，并消耗掉高達7噸燃料。

3.避免相撞危險

（筆者研究的Swarm衛(wèi)星兩年內(nèi)經(jīng)歷了12次大的軌道機動，以防止兩顆衛(wèi)星彼此以及和太空垃圾相撞©European Space Agency）

目前，地球周圍已經(jīng)分布有數(shù)億個太空垃圾，在每秒七千多米的速度下，任何一個都是對正常航天器極其危險的威脅。有的編隊衛(wèi)星也要預(yù)防可能發(fā)生的碰撞事故。因此，衛(wèi)星攜帶推進系統(tǒng)也非常必要。

既然衛(wèi)星的推進系統(tǒng)這么重要，那么都有哪些推進技術(shù)呢？

在衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域，人類已經(jīng)有了很多種推進方案，但總結(jié)下來就是最基本的牛頓運動學定律：

推力能改變衛(wèi)星的運動狀態(tài)（第一定律），推力越大改變能力就越強（第二定律），推力與反推力是同時存在的（第三定律）。

因此，衛(wèi)星推進的本質(zhì)就是當一些工質(zhì)被加速離開衛(wèi)星時產(chǎn)生反推力，可以改變衛(wèi)星的運動狀態(tài)。這里有個術(shù)語叫“工質(zhì)”，其實就是可以將熱能和化學能等轉(zhuǎn)換成機械能的“工作物質(zhì)”，火箭燃料和燃燒后的燃氣是航天里最典型的工質(zhì)。汽車、輪船和飛機里的石油產(chǎn)品和燃氣，也可以理解為一種工質(zhì)。

目前推進技術(shù)基本以工質(zhì)不同來分開，下面我們就來細數(shù)下彼此的異同。