在航天推进技术的发展进程中，推进剂的携带量始终是制约航天器在轨寿命与任务范围的核心因素。日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）提出并研发的大气吸入型离子发动机（ABIE），以太空稀薄大气为燃料的创新理念，打破了传统航天推进对地面携带燃料的依赖。而作为该技术原理验证的关键载体，大气吸入型离子发动机轨道上实证系统（ABIE-X）已进入研发关键阶段，计划搭载于新一代货运飞船 HTV-X3 号机开展在轨试验，这项技术也被视作超低地球轨道（VLEO）探索及大气行星探测的重要未来技术方向。
ABIE 核心理念：让太空稀薄大气成为航天推进新燃料
传统的卫星与深空探测器，均需在发射前携带足量化学燃料或惰性气体推进剂，在轨运行过程中通过消耗推进剂获得推力，推进剂耗尽即意味着航天器任务寿命的终结。而 JAXA 研发的 ABIE 大气吸入型离子发动机，彻底颠覆了这一传统模式，提出了太空燃料就地取材的全新推进思路。
这一技术的核心原理，是通过专用装置收集宇宙空间中原本被视作阻力的稀薄大气粒子，将其直接作为离子发动机的推进剂，经电离、加速后喷出产生推力。相较于传统推进方式，ABIE 无需提前携带大量推进剂，不仅能大幅降低航天器的发射载荷与成本，更能实现推进剂的持续补给，从理论上为航天器的长期甚至半永久在轨运行提供可能。
目前，ABIE 技术的应用场景被重点瞄准两大方向：一是地球周边的超低地球轨道（VLEO），这一轨道高度的大气虽极度稀薄，但仍存在可被收集的氧、氮等粒子，也是当前航天探索的新兴战略轨道；二是火星、金星等拥有大气层的行星探测任务，探测器可直接利用目标天体的大气完成推进，无需携带适配不同天体的专用推进剂，大幅提升深空探测任务的灵活性与可行性。
而 ABIE-X 系统，正是 JAXA 为验证 ABIE 核心技术而打造的在轨实验平台，其核心目标是完成轨道上大气压缩与电离过程的首次实证—— 这也是当前全球航天领域尚未实现的技术突破，为后续实用化 ABIE 发动机与卫星的研发奠定实验基础。
ABIE-X 系统构成：九大组件实现大气捕获到电离的全流程测控
ABIE-X 系统由九大核心组件构成，形成了从太空大气捕获、压缩，到电离、参数监测的完整技术链路，各组件协同工作，既完成关键技术的实证，也实现对轨道大气环境与系统运行状态的全方位数据采集。
系统的工作流程以大气捕获与压缩为起点：通过专用进气装置（Intake）捕捉轨道上的稀薄大气粒子，该装置采用特殊的流线型设计，能有效防止流入的大气粒子逆流，使大气在装置内部自然蓄积并实现压缩。为精准评估压缩性能，科研人员在进气装置内外各布置两台电离真空计，实时监测装置内外的大气压力与密度变化，获取核心的压缩效率数据。
完成压缩的大气，会被送入进气装置内部的离子源进行电离处理，将中性的大气粒子转化为等离子体，这也是将大气转化为推进剂的关键步骤。针对电离后的等离子体，ABIE-X 配备了多类传感器与观测设备：通过传感器实时测量等离子体的电流量、粒子组成等关键参数，利用高清相机拍摄等离子体的形态图像，直观记录电离过程的实际状态。
此外，系统还搭载了专业的质量分析计，可对轨道上的大气成分进行精准检测，获取不同高度、不同环境下作为燃料的大气粒子组成数据。这些数据不仅能支撑本次 ABIE-X 的实验分析，更能为后续 ABIE 技术的优化、进气装置与离子源的改进提供重要的轨道环境依据。
三步走试验流程：依托 HTV-X3 号机完成全阶段在轨实证
ABIE-X 的在轨试验将依托 JAXA 新一代货运飞船 HTV-X3 号机开展，该飞船是日本为国际空间站（ISS）补给研发的新型货运平台，具备在轨长时间飞行、多任务载荷搭载的能力。ABIE-X 的整个试验流程将分为三个阶段，贯穿 HTV-X3 号机从发射到再入大气层的全过程，所有试验均在无人状态下自动完成。
初期阶段：发射至 ISS 对接前的在轨功能校验
HTV-X3 号机搭载 ABIE-X 系统由火箭发射入轨后，在前往国际空间站的航路运输阶段，将启动 ABIE-X 的轨道上初始功能确认。科研人员将通过地面指令，对系统九大组件的供电、通信、基础运行状态进行全面检测，确保各设备无发射过程中的机械损伤，数据传输与测控链路畅通，为后续正式试验做好准备。
待机阶段：ISS 系留期间的保温休眠运行
当 HTV-X3 号机与国际空间站完成对接，进入物资补给的系留阶段后，ABIE-X 将切换至生存模式（Survival Mode），此阶段系统仅保持基础的保温运行，所有实验功能暂停，直至飞船完成补给任务脱离空间站，等待正式试验启动的指令。这一阶段的核心是减少系统能耗，保证关键设备在长时间待机后的性能稳定。
实证阶段：脱离 ISS 至再入大气层的核心试验
这是 ABIE-X 最关键的技术实证阶段，从 HTV-X3 号机完成补给脱离国际空间站开始，到飞船再入大气层烧毁前，科研人员将操控飞船在不同轨道高度保持飞行，同步启动 ABIE-X 的所有实验功能。
试验过程中，系统将在不同高度的轨道环境下，依次完成大气捕获、压缩、电离的全流程操作，同时通过各类监测设备采集海量实验数据。通过改变飞船的保持高度，可获取不同大气密度、不同成分环境下的系统运行参数，验证 ABIE 技术在不同轨道条件下的适应性，完成全球首次轨道上的大气压缩与电离过程实证。
未来研发方向：从原理验证到实用化推进，探索半永久在轨卫星实现可能
当前 ABIE-X 的研发与试验，核心聚焦于轨道上稀薄大气的等离子体生成技术验证，这是 ABIE 技术实用化的第一步。JAXA 计划以本次在轨试验获取的性能数据、低高度轨道大气压力与成分的调查结果为基础，进一步研发能实际产生推进力的 ABIE 发动机系统，解决从等离子体生成到推力输出的关键技术难题。
在发动机系统研发的同时，JAXA 还将同步推进ABIE 搭载型卫星的设计与研发，将成熟的 ABIE 技术与卫星平台结合，打造适配 VLEO 轨道运行的新型卫星。这类卫星无需携带大量推进剂，可有效降低发射成本，同时能通过持续的大气捕获与推进，补偿 VLEO 轨道的大气阻力，实现长期稳定在轨运行。
从长远来看，ABIE 技术的成熟不仅能推动 VLEO 轨道的商业化与科研化应用，让对地观测、通信导航卫星实现更高的分辨率与更低的延迟，更能为火星、金星等深空大气行星探测提供全新的推进方案。尽管目前该技术仍面临诸多技术难题 —— 如极端稀薄大气的高效捕获、电离效率的提升、设备在太空环境下的长期稳定性等，但这一创新的推进理念，为航天技术的发展开辟了全新方向。
未来，随着 ABIE-X 在轨试验的完成与后续技术的持续优化，人类有望实现航天器在太空的 "自给自足"，推动半永久在轨飞行的卫星从构想向现实迈进，为航天探索的深度与广度拓展提供全新的技术支撑。
https://www.satnavi.jaxa.jp/ja/project/abie-x/