问天舱装1.5吨燃料!已有电推的天宫,怎么还要那么多化学燃料?( 二 )


当然 , 在太空环境中使用 , 所需要考虑的环境问题比地球上少 , 因此它被选为太空燃料 。
可是 , 既然有了粒子类推进器 , 为何还需要肼类燃料呢?这不是相互矛盾吗?

太空驱动
我国的天宫空间站 , 使用的是LHT-100型霍尔推进器 , 电离原料是氙 , 单台推进力为80毫牛 。
天宫一共有4台这样的推进器 , 加起来总推力320毫牛 , 也就是0.32牛顿 。
这个力在地球上无法推动一张纸 , 在太空中可以驱动天宫空间站在轨道上正常运行 。
注意 , 是正常运行 , 也就是在没有意外发生的情况下 。

太空中充满了危险 , 尤其是那些太空垃圾 , 是航天器最大的隐患 。
从上个世纪60年代开始 , 美国和前苏联一股脑地发射各种航天器进入太空 , 导致很多航天器被遗留在了太空中 , 它们身上的材料脱落 , 又制造出了新的太空垃圾 。
根据NASA的估计 , 截止2016年 , 太空中的垃圾碎片已经超过了1亿件 , 总重量超过4500吨 。
对于正在执行任务的天宫空间站来说 , 它被碎片碎片撞上的概率是20% , 被撞后发生毁灭的概率是3.7% , 并且这个几率还会增加 。

当发现航天器会与太空垃圾相撞后 , 就必须人为更改航行轨道以躲开垃圾 , 之后再回到轨道继续执行任务 。
这样一来一回 , 需要的能量是霍尔推进器所无法提供的 , 因此需要额外的燃料为其提供能量 。
因此 , 在天宫空间站需要躲避太空危险的时候 , 肼类燃料起到重要的作用 。

此外 , 在航天器生命的最后时刻 , 需要自我销毁 , 这就意味着它们必须要找一个不会影响地球人类的地方 。
这个过程需要航天器不停地找好角度进入地球大气 , 之后坠入海洋 , 显然 , 这也是霍尔推进器无法完成的任务 。
综合下来 , 一个航天器仅凭借电推是完全不可能的 , 还需要化学燃料肼类物质进行辅助 。

更强的动力
我们在科幻片中看见的那种推动巨大飞船运动的推进器 , 目前并不存在 。
不过科学家们正在积极研究 , 如果增大霍尔推进器的功率 , 那么就能让其产生的推进力增加 。
我国正在研制霍尔推力器HET-450 , 最大功率能够达到105千瓦 , 最大推力达到4.6牛 , 远超过现在天宫的0.32牛顿 。
国际上最大推力的是美国多通道X3霍尔推力器 , 它的最大功率102千瓦 , 最大推力5.4牛 。

限制霍尔推进器的原因在于 , 航天器的功率无法取得巨大突破 , 因为航天器的电力来源主要是三个方面 。
第一 , 是航天器自带的蓄电池 , 想要在蓄电池上实现功率的突破 , 基本上已经到达天花板了 。
第二 , 航天器的太阳能充电板 , 这个需要提高太阳能电池板的效率 , 将太阳能更多地转换为电能 , 为推进器提供更大的功率 。
第三 , 建立一个小型核电站 , 在太空中发电 。

如果想要让推进器产生巨大的推力 , 即便是几百吨的大型宇宙飞船也可以驱动 , 就必须让功率直接翻好几倍 。
第三个方案目前得到的支持最多 , 人类的核技术还有很高的提高空间 , 这意味着可以提高的功率幅度会很大 。
而且 , 已经有核电池被投入使用 , 旅行者系列、好奇号与毅力号火星车 , 都是使用的核电池 。
核电池是利用重原子的同位素 , 在内部进行核裂变产生大量的热能 , 再将热能转化为所需的其他能量 。
如果人类能够突破可控核聚变 , 以氢原子和它的同位素为原料 , 那么人类的能量会再上升一个台阶 。

说到核聚变 , 就不得不提太阳系最大的“核反应堆”——太阳 。
太阳是距离我们最近的超大核聚变反应堆 , 我们地球接收到的太阳能量仅仅只是它的22亿分之一 。
早在1960年 , 科学家弗里曼·戴森就提到过直接利用太阳能量的假设 , 有由此设计出了戴森球 。
如果人类将其变为现实 , 那么我们甚至可以利用太阳离开太阳系 , 实现去往下一个星球移民的目标 。
这一天距离人类来说有些遥远 , 所以需要人类一步一步发展 。

天宫空间站也好 , 还是问天实验舱也好 , 都是人类朝着这个目标进步的重要步伐 。

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