开头
推力只有80毫牛,在地面上差不多就只能吹动一张A4纸,却在太空中竟能够推得动180吨的天宫空间站?
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这种不可思议的推进器,就是霍尔推进器。
这玩意早在上个世纪就已经研发成功,但这次却是第一次被中国人运用到载人航天器里面,那么它到底有多厉害?
霍尔推进器
霍尔推进器的名字源于其对霍尔效应的应用,早在1879年,美国物理学家霍尔在研究金属的导电机制时发现了一种电磁效应。
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当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,垂直于电流和磁场的方向,会产生一附加电场,从而在半导体的两端产生电势差。
换句话说,就是带电粒子在磁场中运动时,会受到某种作用从而引起偏转。
就好比一条路,本来大家是均匀地分布在路面上, 往前行走。当有磁场时,人群可能会被推到靠右边行走。
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后来基于这个现象,科学家们又发现,把一些特殊电子放到环形放电室中,让它们与推进剂发生碰撞之后,会出现电离现象,并形成大量的等离子体。
而这些等离子体在霍尔效应的作用下,被迅速加速,并且其在电场中高速喷出时,还能够产生一定的推力。
于是离子推进器的雏形就出来了。
又过了几十年,1959年美国NASA的哈罗德·考夫曼(Harold Kaufman)成功研制出来了这种推进器,其电离室的电离方式采用最为简单粗暴的电子轰击,直接利用空心阴极产生的电子束流,将工质的电子轰击出去。
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只需要很少的能量就能把东西推动起来,NASA觉得大有可为,于是加班加点的想让其能够早点运用起来。
经过NASA工程师的不断努力,终于在1998年,美国发射了“深空一号”探测器,首次将离子推进器作为卫星的主要动力,成功完成了对小行星及彗星的探测任务。
发动机自重只有 8 公斤,仅携带 82 千克氙就进行了 20 个月的飞行。
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那霍尔推进器呢?别急,它的工作原理与离子推进器十分相似。
都是靠电场对离子进行加速,从而得到极高的排气速度,继而大幅度提升比冲(每单位推进剂生成的力量),但霍尔推进器的结构与电离方式比离子推进器要更加高级先进。
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比如霍尔推进器的磁场是环形的,这不仅可以防止其与阳极室产生的正离子发生碰撞从而中和,还能够产生闭环霍尔漂移,进一步约束与加速从阳极室中产生的等离子体!
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也就是说,它的加速电场与磁场是在一起的,变得更加巧妙高效;而离子推进器是独立的,电场是前端部分提供的,而磁场是后端部分提供的。
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在这个过程中,需要加入氙、氪等作为工质。因为它们相对于其他物质而言,更容易与电子发生碰撞并电离,其次是电离后不易产生腐蚀性物质。
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跟美国不同,苏联走的就是霍尔推进器的路线,世界上第一台实用的霍尔推进发动机就是由苏联人制造的。
并且在1972年,苏联还发射了一颗气象卫星"流星-1",这是世界上第一台安装霍尔推进器的卫星。
虽然推力很小,但让世人看到竟然还有如此高科技的技术!
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美国人这边,一看苏联人玩得飞起啊,心里怪痒痒的,于是离子推进器也不弄了,开始研究起来霍尔推进器。