天和号核心舱黑科技之一-国产霍尔推进器,推力小但是作用大

天和号核心舱黑科技之一-国产霍尔推进器,推力小但是作用大我国空间站的核心舱命名为“天和”,是我国空间站的管理和控制中心,全长16.6米,最大直径4.2米,发射质量22.5吨,可支持3名航天员长期在轨驻

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我国的天和号空间站核心舱已经成功到达了预定轨道,不出两年我国就能建成完整的天宫号空间站了。遥想当年16国的国际空间站不带我们玩,现在我们自己也有了。正是那句话当初对我爱答不理,现在叫你高攀不起。

天和号核心舱黑科技之一-国产霍尔推进器,推力小但是作用大

我国空间站的核心舱命名为“天和”,是我国空间站的管理和控制中心,全长16.6米,最大直径4.2米,发射质量22.5吨,可支持3名航天员长期在轨驻留,支持开展舱内外空间科学实验和技术试验,是我国目前研制的最大的航天器。航天器的发射也是遵循后发技术优势,而我国的核心舱也确实携带了不少的黑科技,现在就跟小刚一起了解一下天和号核心舱的黑科技之一-霍尔推进器。

什么是霍尔推进器

霍尔推进器,是一个跟我们常见的火箭发动机的原理完全不同的东西,我们常见的火箭发动机或是固体燃料发动机或者是液体燃料发动机,都是使用推进剂在发动机的燃烧室里燃烧,产生大量高压燃气;高压燃气从发动机喷管高速喷出,所产生的对燃烧室(也就是对火箭)的反作用力,就使火箭沿燃气喷射的反方向前进 火箭推进原理依据的是牛顿第三律:作用力和反作用力大小相等,方向相反。

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而发射火箭要克服地球的引力,所以可以说火箭发动机的推力越大越好,消耗的燃料越少越好,尽快地把载荷放到预定的轨道中。

而霍尔推进器完全是点的另一个科技树,它的原理是使用霍尔效应,使得电子在磁场中做高速机的圆周运动,然后释放氙气,使得电子高速撞击氙原子,产生氙离子和电子,然后加速氙离子喷射而出产生推力。这个整个的工作过程只有两种消耗

1.是电能,这个非常好解决航天器携带的太阳能电池板就可以解决,甚至未来的核电池或者可控核聚变都能提供稳定的电能。

2.推进剂就是氙气了,由于氙气的电离率能够做到99%以上,所以这个推进器的效率很高,而并不会想火箭发动机那样有不完全燃烧的现象。为什么选用氙气呢,其实也是由于氙的离子比较大能够带来理想的推力,并且整体特性不太活泼和比较适合存储,综合考虑的。

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霍尔推进器的特点和表现如何呢?

首先要说的是霍尔推进器也是遵循牛顿第三定律的,产生的推力还是喷射离子产生的,所以目前霍尔推进器的推力很低,有多低呢,这么说吧,老美的最最厉害的霍尔推进器推力也只有5牛,5牛是什么概念呢?就是在地球上举起10个鸡蛋的力,那这个推力跟火箭发动机动辄上百吨的力差这么多,有啥用呢,其实啊,霍尔推进器的工作方向并不是逃离地球引力,而是在保持轨道和深空探索上很有作用,火箭发动机往往是大推力短时间,比如长征5号的发射,172秒助推器就分离了,475秒一级发动机就分离了,实际这两个发动机的工作非常的短。

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而霍尔推进器呢,还是走的另一个路线,走的是水滴石穿的路线,它的离子喷射速度达到每秒20到50公里,而常规的化学燃料喷气速每秒最大只有5公里,它非常的省燃料,比如2009年3月,欧航局发射的GOCE卫星探测器用来探测地球重力及海洋环流等,它飞行在仍有空气阻力250km的低空,在长达两年的飞行中只用了40kg氙气

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有数据报道,之前国外的离子推进器已经累计工作了14000小时,这个是一个很恐怖的时间了,换句话说,只要飞船到达了太空在无空气阻力和各种引力平衡的情况下,就可以开启霍尔推进器了,一直开到目的地。霍尔推进器的另一个左右就是保持低轨卫星的轨道,由于低轨卫星虽然离地球表面有几百公里,但是也会有非常稀薄的空气来给轨道飞行器减速,飞行器就有下坠的趋势,这个时候就是霍尔推进器大显身手的时候了,霍尔推进器可以长时间的施加影响力,而且由于推进力很小,能够更加精确的控制轨道和速度。

我国的霍尔推进器的研发情况吧。

我国早在70年代就开始进行了离子推进器的研究,当时的研究成果LIPS-80离子发动机,获得1978年国家科技进步一等奖,不过由于当时国家的预算优先,就暂停了20年的研究,直到其他主干科技树点的差不多了又回过头来继续发展。

中间的发展肯定也伴随着美帝的技术封锁暂且不提。

直到2020年的年初,中国航天科技集团有限公司六院801所研制的我国首款20千瓦大功率霍尔推力器成功完成点火试验,点火时间累计达8小时,点火次数超过30次。该推力器的成功研发,实现了我国霍尔电推力器推力从毫牛级向牛级的跨越。

虽然跟美帝的5牛还有一定的差距,不过这个是我们从0白手起家的而美帝可是使用了特殊手段从苏联得到的技术。

美帝窃取苏联技术使得的霍尔推进器领先世界?

美帝的推进器功率100kw推力已经达到了5牛,而我国的功率20kw,推力1牛,效率差别不大。

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X3

话说上个世纪,美国和苏联都在研发霍尔推进器,而苏联在这个方面碾压美国,美国看竞争不过就转而研发了离子推进器,时间来到了1991年,苏联由于内部问题解体了,而当时苏联最先进的霍尔推进器神秘消失,还没过1个星期这个最先进的霍尔推进器就放到了NASA的办公桌上,后续美国又拉着俄罗斯继续研究,可以说美国是窃取了苏联的技术。

天河号核心舱的霍尔推进器

再来看看天和号核心舱的霍尔推进器吧,由于我们的牛级霍尔推进器也算是刚刚出来不久,还没得到更加全面的测试,所以天和号核心舱还是安装的上一代的4台LHT100霍尔推进器,推力为80毫牛,由于上面也介绍了霍尔推进器的作用,主要是保证在轨所以这个已经能够满足天和号核心舱的需求了。

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霍尔推进器的畅想。

由于霍尔推进器的高比冲,高效率,未来航天俱乐部的各国都会投入相当大的财力人力物力来研究它,而大推力霍尔推进器也是加速深空探索的非常重要的手段,要知道人类在1G的加速度下生活是最舒适的,因为地球表面就是1G的加速度,而如果能够以1G的加速度进行星际旅行,从地球到月球也就是3个多小时,几乎相当于乘坐复兴号动车组从上海到北京了,不知道这个梦想能否在我们这代人实现。

毕竟我们的目标是星辰大海。

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