国产霍尔推力器:小牛推大车,帮助空间站两次躲过星链卫星

国产霍尔推力器:小牛推大车,帮助空间站两次躲过星链卫星

天宫空间站靠四台霍尔推力器,两次成功避险马斯克星链卫星,在太空实现了闪转腾挪。前段时间,航天科技集团五院510所,大功率霍尔电推进技术获得重大突破,实现了单通道霍尔推力器,最大推力4.6牛的国际先进水平,要知道美国多通道霍尔推力器,最大推力也才5.4牛。

看到这,估计大伙还是一脸懵,霍尔推力器,到底是个啥东西?

霍尔推力器

冷战时期,美苏争霸从海底到天空,地球已经容不下它们了,于是瞄准太空做文章。

传统的化学燃料虽然重量可以无限加,但是潜能有限,早晚会顶到科技天花板,所以从成本、实际运用、技术条件上,匹配不上美苏争霸太空的野心。于是双方都发现了一个更强劲的动力系统,电离子推进。

美国人那会儿财大气粗,信奉的是力大砖飞,更强的电场,更高的喷射速度,采用土豪玩法,把比航母还贵的阿波罗飞船,一艘接一艘的往天上扔,动力系统采用的是离子推力器。

苏联人是计划经济,一贯看起来傻大黑粗的苏联,出乎意料的选择了小家碧玉的方式,尽管工作原理和离子推进器是相似的,都是通过电场对离子进行加速,但结构和电离方式,却是截然不同的设置,因此命名等离子推进器,又称霍尔推力器。

没用上霍尔推力器的美国,被苏联在太空大战中,占尽了优势,国际空间站的建设,霍尔推力器可谓功不可没。

霍尔推力器

那么问题来了,美国是怎么在霍尔推力器方面实现的弯道超车呢?答案是苏联倒下了。那个时候美国充分发挥了拿来主义精神,从瓜分了遗产之后的俄罗斯手里,拿到了一整套霍尔推进技术,并在此基础上深度开发,最终转化为具备自主知识产权,以及核心竞争力的霍尔推进技术,领先了全球20年。

霍尔推力器那么厉害,我们难道就无动于衷?我们在干嘛呢?

我们在偷师,但是受限于没钱、太穷,我们迟迟没动手。那个时候虽然我们在奋起直追,但是需要奋起直追的地方太多了,所以除了发射上去一个会唱歌的卫星后,很长一段时间,我们都在研发大国重器,毕竟落后就要挨打。

虽然没钱做实验,相关的理论研究,我们一直没落下,一直到90年代初,我们的荷包鼓起来了,信心足起来了,天上的嫦娥召唤我们了。

于是我们也去了趟俄罗斯。留下了足够他们买上几十吨大列巴的钱后,我们学回来了一整套第二代磁聚焦霍尔推力技术。

国情带来的优势,让我们能像兔子一样跳着走。当我国第一套磁聚焦霍尔推进器,随着火箭冉冉升空时,全世界都惊呆了。

因为,那年美国同类系统,还在地面测试中。那年俄罗斯同类系统,还在进行组装中。而我们的系统,比美俄的同类产品,性能提高了20%都不止。

霍尔推力器

那么霍尔推力器,究竟是个什么东西?其实这个原理很简单,就是高中物理知识,但是意义很重大,比如上个火星,回收个太空快递。

常规的火箭推进器,就像一个装满了火药燃料,可以控制方向水平的大炮仗,一点就着,靠燃烧喷射气流,然后将飞船推出地球的重力影响范围,但是火箭燃料有限,而且释放太快,没办法持久飞行;霍尔推力器,喷射的是离子流,所需燃料少,美国最新的霍尔推力器,可以在太空持续工作2.3万小时,相当于可以从地球到火星来个折返跑了。

而霍尔推力器听起来高大上,实际上用的技术是高中实验接触过的“霍尔效应”。

霍尔效应中的磁场形成电势差之后,可以约束电极射出的电子流,让电子流在磁场中形成旋转的霍尔闭环。电子流本身几乎没有质量,无法利用动量守恒抛出质量后推动自身前进。这些电子流在电磁场的作用下加速,撞击并电离作为推进剂的氙气,电离态的氙再被电场加速射出。那么,飞行器就能获得向前的动力。

这东西的好处,就是不用携带太多的化学燃料,不用任何化学反应,直接靠电能喷射出的离子流获得动力,更节能环保,也更好控制。

我国霍尔推力器突破牛级的大关,让我们10年内探索太阳边境的计划成为了可能,而不是像旅行者一样,经历了两代人的漫长时光。

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