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更先进的航天推进器,更适合星际飞行与深空探测的空间推进器

 昵称11935121 2018-07-17

随着航天科技的迅速发展,电推进的应用将越来越广泛,并将成为空间推进的新方向。欧洲太空局早已将电推进作为未来的十大尖端技术之一。

更先进的航天推进器,更适合星际飞行与深空探测的空间推进器

由于空间推进技术要求越来越高,传统的化学推进已经越来越满足不了航天器的多种高性能指标要求,因此电推进取代常规的化学推进势在必行,在空间推进上,离子推进器有着更高的优势。

更先进的航天推进器,更适合星际飞行与深空探测的空间推进器

离子推进器,也叫离子推力器,即离子发动机,是电推进的一种。

更先进的航天推进器,更适合星际飞行与深空探测的空间推进器

离子推进器的技术原理与传统化学火箭的喷气推进原理相同,但不同的是:它不采用化学燃烧的方式,而是通过电能作用于工质,激发带电粒子或是离子高速向后喷出而产生推力。

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传统化学燃烧火箭必需携带大量燃料,而在发射升空阶段燃料就已经消耗了很大一部分,当航天器进入太空正常运行后,还需要很多推进剂的能量来对航天器进行姿态控制、位置保持、轨道机动等等,携带大量燃料大大挤占了有效载荷的重量。

离子推进器与传统化学推进相比,虽然推力相对较弱,但很稳定,效率高,比冲高,加速度时间长,携带燃料少,它的燃烧效率比常规化学发动机高大约10倍。它可以长时间提供推力给航天器进行加速,随着时间的推移,它会将航天器的速度加得越来越快,最终让航天器获得更高的速度。从理论上讲,在加速过程中没有能量损失。

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离子推进器的推力很小,这个力度大概只能吹动一张纸,所以加速度也很小,可能只有几厘米每秒甚至更低,但这并不成为它的弱点。我们在评价它的性能时,是在保证其推力、比冲的条件下,评价效率的高低,效率越高,说明推进器性能越好,直观表现为在一定的推力和比冲下,离子推进器所消耗的功率越小,那么性能就越优。

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例如,某个氙离子推进器的测试:推进器将电能和氙气转化为带正电荷的高速离子流,金属高压输电网对离子流施加静电引力,离子流获得加速度,当推进器运行一定的时间后,加速后的离子使推进器获得时速高达143201千米的速度。

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中国早在1974年就开始研制离子电推力系统,到了1986年研制了80毫米汞离子电推进,该成果于1987年获得了国家科技进步一等奖,在当时达到了国际领先水平,产品水平不弱于从上世纪50年代就开始从事此方面研究的美国。2012年,装载着离子发动机的中国“实践九号”科学卫星发射成功。

更先进的航天推进器,更适合星际飞行与深空探测的空间推进器

由于离子推进器有着稳定,寿命长,比冲高,效率高,有效载荷多等特点,它非常适合星际飞行与深空探测。而且相关技术已经应用到一些太空飞船上,比如日本的“隼鸟”太空探测器,欧洲的“智能1号”太空船和美国的”黎明号“,“深空1号”探测器等,而且技术已经取得了很大的进步。

VASIMR等离子火箭(全称是可变特定动力磁等离子火箭),是很多人关注的高科技火箭,认为这种火箭的推进器最有希望成为未来行星际旅行载人飞船的推进器。

VASIMR等离子火箭的推进器与一般的离子推进器略有不同,普通的离子推进器是利用强大的电磁场来加速离子体,而它是利用电流转换氢、氦或氘等燃料,在加热至1100万摄氏度状态下形成等离子气体,这些等离子气体然后通过磁场被引导进入排气管,从而推动航天器飞行。

VASIMR火箭是由美国前宇航员,火箭科学家,麻省理工学院物理学家张福林研制。使用这种火箭发射航天器可实现55公里每秒的航速。张福林是美国宇航局颇为重视的科学家,他宣称,未来地球火星之间的太空航程时间仅需39天。

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