据悉,我国天和核心舱上的这4台霍尔推进器如果一起工作,连续工作24小时,能够产生大约0.7米每秒的加速度。日本隼鸟号小行星探测器上搭载的霍尔推进器的推力仅为28毫牛,产生的加速度更小,但这却支持着它进行小行星探测任务。
国际空间站每年要耗费大量的推进剂为空间站抬升轨道,推进剂虽然不值钱,但航天发射成本高,每多带一公斤燃料,就要多花很多钱。
而我国空间站上的霍尔推进器推力虽小,但仅消耗很少的燃料就能对空间站产生持续不断的推力,从而缓慢抬升空间站的轨道。虽然耗时,但省钱省燃料啊。总之,别看它的推力小,实用性还是蛮强的。
霍尔推进器是航天界的未来在太空中,要想实现飞行能力,都必须不断往后扔东西。基于牛顿第三定律(作用力与反作用力定律),当工质从推进器尾部喷出后,航天器在反方向会获得一定的推力或者加速度,产生反冲运动。
要想使航天器的飞行速度更快,只能从两方面着手,要么扔更多的东西,要么提高所扔东西的速度
现阶段的火箭一般都是化学燃料火箭,传统的火箭发动机是喷气式发动机的一种,属于热机,其巨大的推力由化学能提供。这种火箭携带了大量的固态或者液态燃料(比如液氢),并自带氧化剂(比如液氧),化学燃料燃烧后从火箭尾部喷出,从而产生推力,推动火箭前进。
现在化学火箭的发展已经到了极限,这是因为化学燃料燃烧时喷出的速度一般仅有2~5千米每秒,最快也很难超过10千米每秒,很难再有大的提升。
在这种条件下,要想使航天器的飞行速度不断提高,就只能携带大量的燃料。以土星5号运载火箭为例,其起飞重量为3038吨,但燃料就占了整个火箭重量的80~90%以上。燃料携带过多反而会成为负担,影响火箭提速,并且很快就消耗光了。
为了提升航天器的飞行速度,科学家们从提升火箭发动机尾部喷流的喷射速度上着手,发明了离子推进技术。
离子推进按照技术类型可分为两种,一种是静电式,另一种就是霍尔式。目前的主流是霍尔式。
霍尔推进器搭载的推进剂并不需要燃烧,而是将之电离后,依靠电磁力驱动并加速,使其从尾部高速喷出并产生推力,这种离子喷流的速度可达到20~30千米每秒,甚至更高。
并且霍尔推进器仅需少量的燃料,就能长时间工作,这能使航天器持续不断地加速。理论上,只要持续不断地加速,就算是每秒产生0.01米的加速度,一年后便能将航天器的速度加速至大约351千米每秒。如果能朝着一个方向产生每秒9.8米的加速度,甚至还能模拟重力。
世界上最早的实用型霍尔推进器出现于上世纪70年代,由苏联研制。我国虽然起步晚,但现在我国的霍尔推进器在世界上已经处于先进水平了。其中HET-450单通道霍尔推力器,在地面试验中的最大推力已达4.6牛,而美国的X3型三通道霍尔推进器推力也才5.4牛。
而霍尔推进器现阶段最大的缺点就是推力小,现在最大只能达到牛级别,而化学火箭推进器的推力则在千牛级别。不过这并不影响它大放异彩,因为在某些应用领域,它的缺点可以忽略。
霍尔推进器靠电力驱动,这意味着它要消耗很多电力,现阶段普遍使用的都是太阳能供电,如果能与核能结合,那么它的应用潜力将会大大的提高。
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