天宮空間站靠四台霍爾推力器,兩次成功避險馬斯克星鍊衛星,在太空實現了閃轉騰挪。前段時間,航天科技集團五院510所,大功率霍爾電推進技術獲得重大突破,實現了單通道霍爾推力器,最大推力4.6牛的國際先進水平,要知道美國多通道霍爾推力器,最大推力也才5.4牛。
看到這,估計大夥還是一臉懵,霍爾推力器,到底是個啥東西?
霍爾推力器
冷戰時期,美蘇争霸從海底到天空,地球已經容不下它們了,于是瞄準太空做文章。
傳統的化學燃料雖然重量可以無限加,但是潛能有限,早晚會頂到科技天花闆,所以從成本、實際運用、技術條件上,匹配不上美蘇争霸太空的野心。于是雙方都發現了一個更強勁的動力系統,電離子推進。
美國人那會兒财大氣粗,信奉的是力大磚飛,更強的電場,更高的噴射速度,采用土豪玩法,把比航母還貴的阿波羅飛船,一艘接一艘的往天上扔,動力系統采用的是離子推力器。
蘇聯人是計劃經濟,一貫看起來傻大黑粗的蘇聯,出乎意料的選擇了小家碧玉的方式,盡管工作原理和離子推進器是相似的,都是通過電場對離子進行加速,但結構和電離方式,卻是截然不同的設置,因此命名等離子推進器,又稱霍爾推力器。
沒用上霍爾推力器的美國,被蘇聯在太空大戰中,占盡了優勢,國際空間站的建設,霍爾推力器可謂功不可沒。
霍爾推力器
那麼問題來了,美國是怎麼在霍爾推力器方面實現的彎道超車呢?答案是蘇聯倒下了。那個時候美國充分發揮了拿來主義精神,從瓜分了遺産之後的俄羅斯手裡,拿到了一整套霍爾推進技術,并在此基礎上深度開發,最終轉化為具備自主知識産權,以及核心競争力的霍爾推進技術,領先了全球20年。
霍爾推力器那麼厲害,我們難道就無動于衷?我們在幹嘛呢?
我們在偷師,但是受限于沒錢、太窮,我們遲遲沒動手。那個時候雖然我們在奮起直追,但是需要奮起直追的地方太多了,所以除了發射上去一個會唱歌的衛星後,很長一段時間,我們都在研發大國重器,畢竟落後就要挨打。
雖然沒錢做實驗,相關的理論研究,我們一直沒落下,一直到90年代初,我們的荷包鼓起來了,信心足起來了,天上的嫦娥召喚我們了。
于是我們也去了趟俄羅斯。留下了足夠他們買上幾十噸大列巴的錢後,我們學回來了一整套第二代磁聚焦霍爾推力技術。
國情帶來的優勢,讓我們能像兔子一樣跳着走。當我國第一套磁聚焦霍爾推進器,随着火箭冉冉升空時,全世界都驚呆了。
因為,那年美國同類系統,還在地面測試中。那年俄羅斯同類系統,還在進行組裝中。而我們的系統,比美俄的同類産品,性能提高了20%都不止。
霍爾推力器
那麼霍爾推力器,究竟是個什麼東西?其實這個原理很簡單,就是高中物理知識,但是意義很重大,比如上個火星,回收個太空快遞。
常規的火箭推進器,就像一個裝滿了火藥燃料,可以控制方向水平的大炮仗,一點就着,靠燃燒噴射氣流,然後将飛船推出地球的重力影響範圍,但是火箭燃料有限,而且釋放太快,沒辦法持久飛行;霍爾推力器,噴射的是離子流,所需燃料少,美國最新的霍爾推力器,可以在太空持續工作2.3萬小時,相當于可以從地球到火星來個折返跑了。
而霍爾推力器聽起來高大上,實際上用的技術是高中實驗接觸過的“霍爾效應”。
霍爾效應中的磁場形成電勢差之後,可以約束電極射出的電子流,讓電子流在磁場中形成旋轉的霍爾閉環。電子流本身幾乎沒有質量,無法利用動量守恒抛出質量後推動自身前進。這些電子流在電磁場的作用下加速,撞擊并電離作為推進劑的氙氣,電離态的氙再被電場加速射出。那麼,飛行器就能獲得向前的動力。
這東西的好處,就是不用攜帶太多的化學燃料,不用任何化學反應,直接靠電能噴射出的離子流獲得動力,更節能環保,也更好控制。
我國霍爾推力器突破牛級的大關,讓我們10年内探索太陽邊境的計劃成為了可能,而不是像旅行者一樣,經曆了兩代人的漫長時光。
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