从吹纸到吹书,中国航天霍尔推进器登顶,真不是吹牛( 二 )


这么小的推力到底有什么用处?我们得来谈一谈霍尔推进器的好处:高比冲、高速度、高能效 。

天和核心舱外有四台霍尔推进器
比冲是衡量一台喷气发动机的重要指标 , 它主要是指发动机消耗一定数量燃料所产生的冲量 , 而冲量又是力在单位时间内的积分 , 所以比冲的大小反映了喷气发动机每单位燃料产生推力的效率 。 发动机比冲越高 , 意味着燃料利用效率越高、有效喷气速度也越快 。
就拿著名的土星五号主发动机F-1来说吧 , 它的单台海平面推力达到惊人的6770千牛 , 海平面比冲仅为263秒(2.58千米/秒) , 而5台F-1发动机只需要168秒就能把一级火箭2160吨燃料全部烧光 , 平均每台发动机每秒钟烧掉2.57吨燃料 。
与传统化学火箭发动机相比 , 霍尔推进器的推力简直不值一提 , 但它的比冲值却高达1000~8000秒 , 换句话说它的排气速度能达到大约10~80千米/秒;霍尔推进器可以连续工作几千个小时 , 这是任何化学引擎都不能做到的;因为高比冲 , 霍尔推进器的能效比极高 , 只要时间够长 , 它可以用极少的燃料达到终末速度 , 这意味着更低的成本和更大的载荷 。

【从吹纸到吹书,中国航天霍尔推进器登顶,真不是吹牛】美国X3推进器相当于三台组合
目前世界上最大的霍尔推进器是美国的X3 , 它的直径约1米 , 最高功率达到102千瓦 , 最大推力达5.4牛 , 最高比冲为2650秒 。
X3是嵌套式三通道推进器 , 它相当于三台发动机的组合体 , 而中国510所的HET-450是单通道推进器 , 直径只有X3的三分之二 , 最高功率达到105千瓦 , 最大推力4.6牛 , 使用氪作推进剂时最大比冲达到5100秒 , 是美国X3的两倍!

中国HET-450推进器参数最大值
从关键性能指标看 , 中国的霍尔推进器已经达到与美国比肩的高度 , 这是否意味着接下来我们可以将它装在飞船上 , 迈向星辰大海的征途呢?
不行 。
到目前为止 , 最强推力的霍尔推进器还只能存在于实验室里 , 它很节省燃料 , 比冲值也极高 , 但这玩意儿就是一电老虎 , 要想让它卖力工作 , 你得有强大的电能保证 , 否则休想 。
中美两国的先进电推的功率都超过100千瓦 , 这是什么概念?国际空间站全部8块共2500平方米的巨型太阳能电池在太阳直射时也只能产生215千瓦电力 , 考虑到日夜交替 , 它的平均功率仅84~120千瓦 。
中国空间站天和核心舱两侧的太阳翼总面积达134平方米 , 总功率18千瓦 , 为了喂饱“电老虎”我们至少需要12块同样大小的太阳能帆板!其它设备不用电了啊?

HET-450需要12块这样的帆板供电
霍尔推进器推力小 , 它不适合用于火箭发射 。 它能长时间连续工作 , 比冲大效率高 , 所以适合安装在星际飞船上做远距离飞行 , 以时间换速度 。 或者将它装在近地轨道的卫星上 , 用来抵消空气阻力造成的轨道衰减 。
但大推力电推的实用化 , 还需要解决一些问题 , 包括电能供应、真空状态下散热、高温等离子体造成的腐蚀等等 。 远期来看 , 霍尔推进器能大幅缩短从地球到月球或者火星的时间 , 应用前景一片光明 。

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