80毫牛推力,竟可推动180吨空间站?中国霍尔推进器强大在哪里?


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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?

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 。

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 。

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 。

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 。

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 。
【80毫牛推力,竟可推动180吨空间站?中国霍尔推进器强大在哪里?】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 。

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!

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 。

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 。

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 。

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