2022新年伊始,中国航天捷报频传,航天科技集团兰州空间技术物理研究所(510所)宣布:大功率霍尔效应推进器HET-450试车成功,最大推力达到4.6牛,将为我国载人登月、在轨服务等提供关键技术支撑!
中国HET-450霍尔推进器
有朋友说,“才4.6头牛,比火箭发动机差远了”你有所不知,这里的“牛”不是耕地的水牛,也不是拉车的黄牛,而是力学单位牛顿(N),在地球上,1千克力约等于9.8牛顿。
这么说来,4.6牛大约是0.47千克力,不到1斤,大约是你托起一本书的力量。
4.6牛,大约是托起一本书的力
这么小的力,跟载人登月有什么关系?当初美国发射阿波罗登月飞船的土星五号火箭,推力可是达到3408吨,相当于3340万牛顿,是中国HET-450推进器的726万倍!登月,510所别不是吹牛吧?
目前广泛使用的火箭发动机主要分为物理喷气、化学动力和电推进三种,太阳能、核动力等等都还处在探索阶段。物理的办法主要是利用压缩气体喷气来推动,好处是简单,缺点是效率低,多用于航天器调姿;化学动力是主流,几乎所有的火箭都是利用燃烧各种物质产生膨胀的废气、通过喷射气体的反推力来推动前进,其好处是推力强大,缺点是你得带许多燃料,并且气体喷出的速度是有上限的,不够快;霍尔推进是电推进的一种方式,它有化学火箭难以企及的优势,缺点就是推力小,小到什么程度呢?我们一会儿再讲。
美国土星5号F-1发动机失传
火箭、卫星或其它航天器在空中飞行,必须向反方向施加一个力,这个力不能凭空产生,它需要施加在一个物体上。根据牛顿第三定律:相互作用的两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、并且在同一条直线上。
推过汽车的朋友应该深有体会,当你推车时两条腿需要向地面施加一个向后的力,这样才能有向前推车的力;你对车的推力与车前进的阻力也是大小相等方向相反。而汽车前进的速度取决于你推力的大小、推动的速度,汽车能走多远则取决于你的体能。