北京时间2023年1月15日11时14分，我国在太原卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，以“一箭十四星”发射方式，成功将金紫荆卫星三号、四号发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。
金紫荆卫星三号和四号搭载了由大连理工大学航空航天学院微纳卫星与先进推进技术研究团队研发的微阴极电弧推进系统，该推进系统首次采用双阳极微阴极电弧推力器，提高了推进系统的工作寿命。
金紫荆卫星三号和四号发射升空 （图源：中国航天科技集团）
在国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金、工业装备结构分析国家重点实验室、辽宁省空天飞行器前沿技术重点实验室及大连理工大学白俄罗斯国立大学联合学院的资助和支持下，大连理工大学航空航天学院微纳卫星与先进推进技术研究团队圆满完成了微阴极电弧推进系统的设计、试验、优化以及产品的加工测试与交付等各项工作。团队奉行“及时沟通”、“科学决策”和“仿真试错”的理念。针对卫星总体包络、机械电气接口、关键组件加工和功率处理单元研制方案进行充分沟通交流；精准把握实验工作内容和进度，及时发现问题并高效解决；基于团队自主开发的等离子体仿真平台，对推力器进行设计及优化。该推进系统首次采用双阳极微阴极电弧推力器，可在满足工作性能的条件下，解决推力器工质烧蚀不均匀问题，大幅度提高系统的工作寿命和推力器总冲。
双阳极微阴极电弧推进系统产品
在微阴极电弧推进系统研制过程中，团队针对传统推力器由于单一阳极的结构问题，无法烧蚀全部阴极，进而无法完全保证长时间工作的稳定性，完成预期目标，提出了双阳极的结构设计。双阳极微阴极电弧推力器可以为阴极提供内外两条放电通道，当一条通道因烧蚀过多导致阴阳极间阻值变大时，另一条通道开始烧蚀，使阴阳极之间电阻维持平衡，让阴极内外层均得到烧蚀，实现阴极不断供给，从根本上解决阴极烧蚀不均匀的问题。对双阳极推力器进行了寿命实验，累计放电次数超过107次。实验结果展示阴极烧蚀半径更大，提高了阴极外环的烧蚀量，解决了阴极内外层烧蚀不均匀的问题；可承载的阴极的径向厚度更大，大大提高了推力器总冲；内外两侧陶瓷同时与阴极接触放电，降低了陶瓷侵蚀。该结构减少了单一阳极功率密度，降低了推力器工作温度，性能更可靠；并且陶瓷侵蚀小，大大延长了推力器的工作寿命。
双阳极微阴极电弧推力器结构示意
阴极内外层烧蚀均匀
微阴极电弧推力器真空实验舱
此外，团队基于自主开发的等离子体仿真平台，针对该款推力器进行了设计及优化，重点优化了推力器磁场位形和阴极结构设计，为高效的功率处理单元研发以及推力器的可靠性提供了重要指导，与单纯通过试验确定技术路线相比，大幅缩短了研制周期，降低了研制成本。
微阴极电弧推力器建模与仿真
微阴极电弧推进系统的研制通过校企合作建立，与东文高压电源有限公司、哈尔滨工业大学杨治华老师、西安蜂鸟精密机械有限公司，共同进行联合研制，充分发挥了高校的基础优势以及企业的技术优势，进一步加强了学校学科建设、实验室建设、完善人才培养、科学研究方面的硬件条件；促进了专业教育教学改革和教学质量的提升。
大连理工大学航空航天学院微纳卫星与先进推进技术研究团队在导师夏广庆、于晓洲、孙斌、鹿畅的带领下，持续开展了电推进技术的应用基础研究，设计研发出多种适用于不同空间飞行器的电推进装置，开发了高效、高精度的电推进性能优化和寿命预测仿真软件，其中微阴极电弧推力器、离子液体微推力器、螺旋波等离子体推力器等多种电推力器处于国内领先地位。
