题记

浩瀚的宇宙,无边无际,充满着无尽的秘密,人类登月开始,到第一颗人造卫星发射成功,从未放弃对未知宇宙的探索

现如今随着科技的不断进步,各国都将眼光看向了更远的太空,那里建造属于自己国家的国际空间站,我们中国航天事业起步虽晚于其他的国家,但也开始了我们的大业。

传统推进器

从人类最早发明火箭到现在,我们的研究本质上没有任何改变,现在化学火箭发展大致有两个研究方其一是能够携带更多的燃料,另外一个便是喷得更快

火箭不断的更新换代,为的就是携带更多的燃料传统的化学推进器都是燃烧喷出大量的高速气流,其优点很明显,这种推进器拥有超大马力化学推进器,爆发力非常强劲但是他的缺点也很突出,就是效率低,持续时间短。

我们所居住的地球存在大气层,大气层和外太空的边界,通常位于100公里处,这里的大气极其稀薄,长期处于这样密度的大气虽然短期对航天器的减速微乎其微,但架不住时间慢慢推移,对它不断的消耗这会导致它不断的减速,最终被迫降轨,几个月后就会被拖进大气层,然后坠毁

霍尔推进器

我们的很多卫星都在400km以上的高空,甚至有的同步卫星位于地球上3.6万公里的位置这些卫星不用担心大气稀薄的问题。

也有一些卫星比间谍卫星、遥感卫星等,它们200km处左右的高度中才可以发挥最大的功效,而这个位置刚好是大气最为稀薄的地方,它们就需要一个工具帮助它们稳定在这里。

稳态等离子体推力器可以完美的解决这个问题,它还有另一个名字叫作霍尔推力器。霍尔推力器主要优点就是效率高

霍尔推进器的进化历程

二战后,电推进技术代表了航天领域的未来,由于离子要不停撞击栅格,材料腐蚀问题严重,影响使用寿命,而且设计不够紧凑,体积较大美国大搞离子推进时,苏联走的是霍尔推进。

霍尔推力器第一代便是由苏联专家上世纪60年代发明出来苏联人在投入大量人力物力研究出离子推力器之后,很快将其投入了使用。

1972年气象卫星首次应用霍尔推力器,他们看到霍尔推力器在卫星上应用的效果很好,苏联人就继续在此方面展开深入的研究,希望能优化和改进创造出新型的霍尔推力器

如今,数十个俄制空间载荷中,安装了数百台霍尔推力器,霍尔推力器在俄罗斯的空间站发挥了巨大的作用。

苏联解体后,NASA的喷气推进实验室、格伦研究中心,以及美国空军剑桥研究实验室,联手考察苏联的技术遗产。

很快,4台最初型号的SPT-50,1台最先进型号的SPT-100,就摆在NASA实验室里,因为知道俄罗斯研究霍尔推进器取得了不小的成功,美国人觉得霍尔推力器很有发展前景,于是在苏联的基础上继续研究,他们重新开始了对霍尔推力器的研究。

霍尔推进利用了带电粒子在磁场中受洛伦兹力偏转的效应,先把电子束约束在一个环形通道里,这可以防止其与阳极室产生的正离子发生碰撞从而中和,进一步约束与加速从阳极室中产生的等离子体。

利用电场将气体电离电离后的气体在磁场偏转作用下,带正电的粒子质量大,环绕半径大被甩到外圈;电子质量小,环绕半径小,在内圈。

这样一来就完成了不同带电粒子的筛分,不需要用屏蔽栅,避免了碰撞接触造成的设备腐蚀之后再用电场把区分出来的离子加速喷出。

霍尔推力器因为有特殊的设计结构,所以对推进剂不挑剔,只要容易电离就行,甚至可以用液氧,它的构型也比较紧凑,并且体积较小

1971年12月,人类首款实用的霍尔推力器SPT-50,被苏联发射升空,负责给流星号气象卫星提供推力这个编号“50”,意思就是直径50毫米

这款发动机的推力只有20毫牛,放在地面上甚至不到一张A4纸的重量80年代,这一系列发动机已经出到SPT-100,推力83毫牛。

我国在电力推进领域的研究,起步并不比美苏落后太多早在60年代中期,钱学森就已经推动中科院电工所启动研究。

80年代中期到90年代中期,我国航天器的功率有限,大小也有限,对电推进的需求不高,所以相关研究进度不快2012年10月,实践9A升空,上面搭载了两款电推进发动机。

在这不到十年时间里,中国的霍尔推力器技术追赶得很快。

801所已经先后推出了HET-80、HET-300两款霍尔推力器这次新出的推力器,按照801所此前的计划,编号应为HET-1500,也就是说最大输出推力1.5牛。

而我国这次做出来的霍尔推力器,标志着中国在电推进领域一个里程碑式的进步。

接下来还会有HET-3000,功率达到50KW,进一步拉近与美国X3的差距。

美国X3离子推进器直径80厘米,重230公斤,实现了功率从5kW到102kW的运行测试,运行电流250安培,推力5.4牛顿。

从外观上看,这是采用了多环嵌套设计,相比传统单环构型,是算得上是超级版霍尔推力器。美国的下一个目标,是500kW功率,理论推力可以达到30牛。

结语

这就是科技的力量,仅仅能推动一张纸的动力,放在太空中却拥有着无限的可能,它代表着“星辰大海”。

到目前为止,中国推力也更上一层台阶,这款推力器的原理样机研制成功,是振奋人心的。

中国的航天航空事业起步很晚,但是经过一代又一代人的努力不断完善中国的航天事业,相信凭借中国科研人员的不懈努力,也会创造出更好的推力器推,带着人类的梦想,去探索更为广阔的宇宙空间。

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张三的科普记

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