20世纪50年代末，前苏联科学家首先提出霍尔电推进技术，其中TAL首先由Kruchatov原子能研究所的阿斯科尔德·渣里诺夫在20世纪50年代末提出^[1]，SPT由同一家单位的阿列克谢·莫洛佐夫在1962年提出。SPT在20世纪60年代率先获得了重大突破，成为霍尔电推进发展的主要方向。前苏联1972年在Meteor-1 10气象卫星上实现了霍尔电推进首次空间试验，试验的Eol-1霍尔电推进系统功率420～460 W，推力器推力16～19 mN，比冲806～1 000 s^[2]。1982年、1994年前苏联/俄罗斯的亚千瓦级、千瓦级霍尔电推进系统分别在GEO卫星平台东西位保任务、东西-南北位保任务中实现应用。

20世纪末前苏联解体后，美、欧等接触俄罗斯霍尔电推进技术之后，鉴于其简单可靠的突出优势，迅速引进该技术，并实现国产化，形成自有产权的产品。据不完全统计，至2016年12月，国外已有556台霍尔推力器应用在117颗航天器上，其中GEO卫星97颗，低轨卫星18颗，深空探测器1颗，轨道机动飞行器1艘^[3-4]，应用的各种霍尔推力器指标范围：功率100 W～4.5 kW，推力5～294 mN，比冲800～2 100 s。表1为国外典型霍尔推力器技术指标。

下面对国外中功率（0.5～10 kW）、大功率（>10 kW）和小功率（≤0.5 kW）霍尔电推进的发展和应用情况进行论述。

国外中功率霍尔电推进已相当成熟，形成了型谱化产品，实现了商业应用。

中功率霍尔电推进在俄、美、欧等超过10种GEO平台上执行位置保持、轨道转移等任务（见表2）；在低轨卫星、深空探测领域也已经成功应用，如俄罗斯为埃及研制的EgyptSat 2低轨遥感卫星^[5]，欧洲SMART-1月球探测器^[6]等。

具有代表性的中功率霍尔推力器为：1）亚千瓦级：俄罗斯SPT-70推力器；2）千瓦级：俄罗斯SPT-100，欧洲PPS 1350-G；3）5 kW级：俄罗斯SPT-140，美国XR-5（原BPT-4000），欧洲PPS 5000，意大利HT5k。这些霍尔推力器均开展了地面1:1寿命试验，其中SPT-100推力器寿命试验达到7 008 h^[7]，PPS 1350-G，BPT-4000推力器的寿命试验时间均超过了10 000 h^[8-9]。在BPT-4000霍尔推力器长寿命试验中，科研人员发现了能够大幅延长霍尔推力器寿命的磁屏蔽抗削蚀技术，之后开展了机理研究^[10]，并在多种霍尔推力器上进行了验证。

表1 国外典型霍尔推力器主要技术指标
Tab.1 Main technical indexes of typical Hall thrusters abroad

日本石川岛播磨航空航天公司针对卫星轨道提升任务，研制了千瓦级IHD-1000霍尔推力器^[11]，大阪大学开展了2.1 kW的THT-VI稳态等离子体推力器和2.9 kW的TALT-2阳极层推力器技术研究。

目前国外研制的5 kW级霍尔推力器都具备多模式工作能力，以针对不同的任务需求调节功率、推力、比冲，如对于GEO卫星，轨道转移时电推进以大功率、大推力模式工作，位置保持时电推进以小功率、高比冲模式工作。新研的霍尔推力器也大都具备多模式工作能力。

表2 国外采用霍尔电推进的典型GEO 卫星平台
Tab.2 Typical foreign GEO platforms employing Hall electric propulsion

图2 5 kW 级SPT-140，XR-5 和PPS 5000 霍尔推力器
Fig.2 SPT-140, XR-5 and PPS 5000 Hall thrusters in 5 kW class

霍尔推力器大推力功率比、大推力密度，以及技术成熟度较高的特点，使其在数十千瓦至百千瓦量级功率时，与其他电推进技术相比具有优势。因此，美、俄、欧等均将大功率霍尔电推进作为未来空间任务支撑技术，开展大量研究并形成多款样机。

美国从2000年左右开始，在天基计划、先进空间运输计划、空间太阳能计划、人类探索与发展空间计划、格伦研究中心战略研究基金、空间推进计划及普罗米修斯计划等大量项目的支持下，开展大功率电推进技术研究，研制了50 kW级NASA-457Mv1，NASA-457Mv2，NASA-400M和20 kW级的NASA-300M霍尔推力器原理样机^[12]；目前正在针对载人火星探测等背景需求，研制100 kW级的X3霍尔推力器（图3），该推力器已经实现了60.8 kW稳态点火^[13]。

俄罗斯、欧洲也形成了功率20~30 kW的大功率霍尔推力器样机。

图3 百千瓦级X3 霍尔推力器及其60.8 kW 点火状态
Fig.3 100 kW X3 Hall thruster and its ignition status at 60.8 kW

针对大型深空探测任务对大推力、高比冲电推进的需求，美国、俄罗斯、欧洲开展了大量研究。为了提高比冲，美国研究了NASA-400M霍尔推力器使用Kr工质时的性能，功率43 kW时，推力1.2 N，阳极比冲4 943 s，阳极效率68%；美、俄2002年左右在前苏联25～140 kW功率、8 000 s比冲的D-160阳极层推力器的基础上，联合研制了采用铋推进剂的VHITAL-160阳极层推力器，功率25.3～36.8 kW，推力527～618 mN，比冲5 375～7 667 s，效率56%～63%^[14]。

美国针对GEO卫星发射后的电推进快速轨道转移任务所需的最佳比冲为800～1 500 s，同时推力要尽量大的需求，研究了NASA-120M.V2和NASA-457M霍尔推力器在100～150 V放电电压下的工作特性。

美、俄针对5～10 t大型GEO卫星轨道转移和位置保持任务，发展10 kW级霍尔推力器：如美国Aerojet Rocketdyne研制计划用于转型通信卫星 （Transformational Communications Satellite，TSAT）的12 kW功率XR-12霍尔推力器；俄罗斯火炬设计局研制针对5~8 t大型GEO卫星的12.5 kW功率的SPT-230霍尔推力器。

美国研究表明，50 kW级的太阳能电推进可满足近期深空探测需求，并制定了太阳能电推进技术演示任务，其中作为主要候选任务的无人小行星重定向任务，将采用大功率电推进执行主推进及俯仰、偏航控制任务。针对这一任务，NASA格伦研究中心和喷气推进实验室联合研制了12.5 kW功率的磁屏蔽霍尔推力器（Hall Effect Rocket with Magnetic Shielding，HERMeS）样机，技术验证样机1计划开展2 000 h削蚀试验，至2016年6月已完成728 h^[15]。

图4 无人小行星重定向任务及HERMeS 霍尔推力器
Fig.4 Asteroid redirect robotic mission and HERMeS Hall thruster

为了验证核电推进的可行性，前苏联在1987年发射的“宇宙-1818”侦察卫星和“宇宙-1867”侦察卫星上，采用了基于“TOPAZ-1”核反应堆的霍尔电推进试验系统并取得成功。“TOPAZ-1”核反应堆输出电功率为6 kW，寿命1～2年。霍尔电推进系统采用6台SPT-70霍尔推力器，累计系统工作150 h。

为了验证采用较低功率的电推力器组成推力器簇实现较大功率电推进系统的可行性，并研究霍尔推力器簇的性能、羽流等特性，美国、意大利等开展了相应研究，如美国密歇根大学BHT-200-X3推力器簇、BHT-600推力器簇、P5推力器簇试验，意大利Alta公司（现已并入Sitael公司）HT-100推力器簇试验等。

针对微小卫星需求，国外近年来加大了小功率霍尔电推进研制力度。以色列、巴西及韩国等新兴航天国家，更以微小卫星发展为契机，开展小功率霍尔电推进技术研究。表2为国内外典型小功率霍尔推力器技术指标和状态。

前苏联/俄罗斯在20世纪70年代至80年代初进行的多次霍尔电推进在轨试验，采用了450 W和350 W的SPT-60、SPT-50小功率霍尔推力器。俄罗斯2012年发射的Canopus-V卫星采用2台SPT-50霍尔推力器（图3）执行轨道维持任务^[16]，克尔德什研究中心研制了KM-37和KM-45等小功率霍尔推力器，其中KM-45曾应用在印度2010年4月15日发射失败的GSat 4卫星上。

美国主要是Busek公司在研制小功率霍尔推力器，普林斯顿大学等在开展圆柱形小功率霍尔推力器技术研究^[17]。Busek公司研制的200 W功率BHT-200霍尔推力器（图4）在2006年发射的TacSat 2小卫星上执行轨道提升任务，成为首台空间应用的美国国产霍尔推力器，目前正针对碘卫星（iSat）计划，研制采用碘推进剂的BHT-200-I霍尔推力器。

欧洲典型的低功率霍尔推力器为意大利Sitael公司HT-100和HT-400、法国Snecma公司的PPS X000和乌克兰哈尔科夫航空学院的SPT-25。

以色列研制的300 W功率的HET-300霍尔推力器，将用于2017年发射的Venμs遥感小卫星上，执行轨道保持和720 km轨道到410 km轨道的变轨任务。

韩国Satrec Initiative公司研制了300 W霍尔推力器及其系统，用于执行2013年发射的Dubaisat-2低轨遥感卫星的轨道高度维持任务。

日本大阪大学增在研制的PROITERES月球探测器将采用30 W小功率霍尔推力器执行地月轨道转移任务。

近年来蓬勃发展的微小卫星，以及未来载人深空探测等大型航天任务，均可采用霍尔电推进执行轨道转移、位置保持等任务，相应航天器质量从几十千克至上百吨，这要求霍尔电推进系统从现有的中功率范围拓展至从小于100 W到超过1 MW，相应单台霍尔推力器的功率从小于100 W到超过200 kW甚至500 kW，推力从小于5 mN到超过20 N。

GEO卫星及全电推进平台的轨道转移、位置保持和姿态控制等任务，对电推进的功率、推力和比冲等指标需求差异大，需采用工作参数可调的多模式电推进，且要求的多模式调节能力正在逐步提高。目前美、俄、欧等新研的电推进几乎都具有多模式能力，如美国2010年首飞的BPT-4000推力器功率3～4.5 kW，针对远距离无人深空探测任务的HiVHAc推力器功率0.3～3.6 kW，推力24～150 mN，比冲1 000～2 800 s，针对无人小行星重定向任务的HERMeS推力器功率调节范围达到6.25～12.5 kW。为进一步提升调节能力，并简化霍尔推力器结构，俄罗斯火炬设计局开展了空心磁阳极霍尔推力器技术研究。

国外正在进一步提升霍尔推力器的效率、比冲、启动速度及重量等性能，以降低推进剂、电能的消耗，缩短启动时间，并进一步轻质化。例如，通过采用新型磁路构型、高性能仿真设计手段，提升霍尔推力器比冲和效率，中功率霍尔推力器样机最高比冲超过3 300 s（美国Busek-1000，功率2.3 kW时），效率达60%（美国BHT-1500），大功率霍尔推力器样机最高比冲7 667 s（俄罗斯VHITAL-160，铋推进剂，功率36 kW时）；通过采用具备快启动能力的空心阴极，使霍尔电推进系统启动时间由原来的400 s左右降低到1 s以内，如乌克兰研制的快启动霍尔推力器飞行样机（SPT-20和SPT-100）启动时间小于1 s，比现有启动时间降低2～3个数量级。

国外在传统圆环构型霍尔推力器基础上，进一步探索有利于提升性能的新型霍尔推力器构型。例如，为了减少离子对放电室壁面的轰击、减小束发散角、提升效率，俄罗斯莫斯科无线电大学与Morozov于1992年一起提出了带缓冲腔的ATON型霍尔推力器；针对传统霍尔推力器小型化后由于放电室面容比提高导致等离子体对壁面轰击增加、效率降低及寿命减少等问题，美国普林斯顿大学提出圆柱形霍尔推力器技术研究。

航天任务速度增量的逐步增长，要求电推进寿命相应提升。目前霍尔推力器寿命约数千至一万小时，而针对小行星重定向任务的HERMeS霍尔推力器设计寿命达到5万小时。除了磁屏蔽技术，科研人员还在探索其他延寿技术。例如，为了降低甚至消除等离子体对放电室壁面的削蚀，德国 Thales Electron Devices GmbH提出高效率多级等离子体推力器（High Efficient Multistage Plasma thruster，HEMP thruster），研制了额定功率1.38 kW的HEMP3050和7.5 kW的HEMP30250样机，研究表明该类型推力器具有很大的推力调节能力，HEMP3050计划在OHB SmallGEO平台上进行验证，哈尔滨工业大学也在开展相应研究；法国国家科学研究院于2015年左右提出无壁面霍尔推力器思路，以从根本上消除壁面削蚀，并通过200 W、1 500 W样机和栅网阳极样机验证了可行性^[24]。

目前，在轨应用的霍尔推力器均采用氙气推进剂。虽然氙气综合性能较好，但在地球上含量很少，价格昂贵。对于大功率霍尔电推进任务，推进剂需求量达到10 t量级甚至更高，如果集中采购10 t左右的氙气，将会造成氙气价格大幅上涨，不利于航天任务的实施^[25]。为了能进一步降低霍尔电推进系统成本，科研人员正在拓展推进剂种类，氪气、氩气及碘等是重要研究方向。