2024年01月05日 星期五
传统火箭推进器一顿猛烧,靠的是大力出奇迹,但是做功并不持久,一般只有三四百秒,只够带我们逃离地球,而霍尔推进器可以持续工作上千小时,这就能使航天器一直加速,让星际旅行不再是梦想。
用“毫牛”之力助推航天器
□ 郭寿梅
2023年12月15日21时41分,我国在文昌航天发射场使用长征五号遥六运载火箭,成功将遥感四十一号卫星发射升空。新华社发 都鑫鑫 摄
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    如果我说一口气能把天宫一号吹走,很多人肯定会说这是不是在吹牛?我这口气,只能吹走一张A4纸,但到了太空就能稳稳妥妥地吹走航天器。

    根据牛顿第三定律,如果想推动物体运动,就必须给它一个作用力。我们向前走,靠的是脚掌与地面的摩擦力,如果被举在半空便无处发力寸步难行。那么航天器被发射到茫茫太空后又如何获得作用力呢?

    原本静止的火箭靠着气体的推力成功升空,航天器的动力来源也是如此。而它喷射气流的方式主要有三种:第一种是物理方式,主要利用压缩气体喷气来推动,结构简单但效率偏低。第二种是化学方式,通过喷射化学燃料燃烧迅速膨胀的气体来获得推力。它力气很大,但身形笨重。第三种是电推进,霍尔推进就是最常见的一种。它通过高速喷出离子流获得反作用力来推动航天器。那么问题来了,离子是带电的原子,微观世界的离子,能推动宏观世界的航天器吗,这离子流能给力吗?

    霍尔推进的缺点就是推力小,小到什么程度呢?天宫空间站安装的霍尔推进器,每台输出推力仅80毫牛。毫不夸张地说,这只能推动一张纸!但别忘了,太空中基本没有阻力,80毫牛虽是微薄之力,却足以推动数百吨的空间站,也就是说,推力小虽是瑕疵,但瑕不掩瑜。这是因为霍尔推进器具备“三高”优势:高比冲、高速度、高能效。

    比冲代表单位质量的推进剂所产生的推力,就像一匹马,吃的草越少,跑得越远,比冲就越高。同样重量的推进器,霍尔推进器可以产生传统火箭发动机的10倍推力。

    喷气速度关系到航天器飞行的最终速度。传统火箭推进器最高喷气速度是每秒三四千米,而霍尔推进器则能达到每秒10千米至80千米。

    传统火箭推进器一顿猛烧,靠的是大力出奇迹,但是做功并不持久,一般只有三四百秒,只够带我们逃离地球,而霍尔推进器可以持续工作上千小时,能使航天器一直加速,让星际旅行不再是梦想。

    2022年1月,我国最新的霍尔推进器试车成功,最大推力4.6牛,比冲和能效打破了美国创造的最高纪录,达到了世界一流水平。现在你相信了吧,霍尔推进器这“一口气”的力量,不仅吹动了航天器,更吹响了我们进军星辰大海的嘹亮号角。

    (作者系战略支援部队航天工程大学助教、第九届全国科普讲解大赛二等奖获得者)

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