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近60吨的中国空间站,使用推力仅0.32牛的霍尔电推进器,为什么?

 有趣探索 2022-06-10 发布于安徽

神舟14号已停靠在天和核心舱节点舱的下向端口上,中国空间站组合体由“一舱二船”结构变成“一舱三船”结构,“一”字变成了“T”字,当然,这还不是最终的形状,因为问天实验舱和梦天实验舱很快就要上天了。

天和核心舱重约22.5吨,天舟货运飞船带货重约13.5吨,神舟载人飞船约8吨,神舟14号的到来,让中国空间站组合吨位又增加了8吨,总吨位接近60吨,等问天和梦天实验舱到来后,就达到了100吨级。

近60吨的中国空间站简直就是一个庞然大物,但是却安装了推力4台只有0.08牛的霍尔电推进器,总推力只有0.32牛,举起一枚鸡蛋需要0.5牛力量,连一枚鸡蛋都举不起来,中国空间站为何要使用霍尔电推呢?

地球大气层主要集中在100公里以内,但实际上,有大量气体延伸到了1000公里之外,因此,运行在400公里高度上的中国空间站仍在稀薄的大气层中,受大气阻力影响,中国空间站的自然高度就会缓慢下降。

根据统计数据显示,国际空间站和中国空间站的自然高度每天都会下降几十米,一个月下来就是几公里,因此,不论是国际空间站和中国空间站都会定期进行一次轨道提升机动,提升机动需要使用燃料。

国际空间站的总吨位为419吨,为了提升轨道,俄罗斯舱段每年需要消耗近8吨燃料,8吨航天燃料值不了多少钱,但贵就贵在火箭发射成本上,每增加1公斤负载,火箭发射成本增加1万美金,8吨燃料就要增加8000万美金。

等问天实验舱和梦天实验舱都上天后,中国空间站的总吨位达到100吨,是国际空间站的总吨位的4分之1,这意味着中国空间站为了提升轨道,差不多也要消耗掉2吨燃料,增加2000万美金的成本。

天和核心舱也安装了4台2500N的化学推进器,专门用来提升轨道高度,为了尽量节约成本,天和核心舱特意安装了4台总推力仅0.32牛的霍尔电推进器,长时间推进,以减缓中国空间站组合体下降速度。

霍尔电推进器推力不大,但是对燃料的利用却是十分高效,要比普通化学推进器高效好几倍,霍尔电推进器可以长时间推力,一天24小时不停地推进,尽量阻止中国空间站组合体高度的下降。

霍尔电推进器是世界上最先进的推进系统,以氙气和氩气作为推进剂,先使用霍尔效应原理,将气体分子变成离子状态,然后使用强电场将离子喷射而出,离子喷射过程就会产生推力,因此,霍尔电推进器非常高效。

在航天领域,霍尔电推进器应用非常广泛,例如日本的隼鸟2号采样飞船就使用了4台霍尔电推进器来长期增加飞行速度,每台推力霍尔电推进器仅为9毫牛,4台同时开启也只有36毫牛的推力。

千万不要看不起36毫牛的推力,如果是一年365天每时每刻都在推进,那么日本隼鸟2号飞船的速度每秒可以增加好几公里,比冲高、高效率就是霍尔电推进器的最大强项,这就是中国空间站使用它的原因。

总之,中国空间站使用4台只有0.08牛的霍尔电推进器,好处是很大的。在正常情况下,每年至少可以节省1000万美金,如果中国空间站运行20年,那么总共可以节约2亿美金,2亿美金这可是一笔巨款啊。

很可惜,国际空间站并没有使用霍尔电推进器,因此每年要消耗8000万美金的燃料,根据分工,美国主要负责建立强大的电力供应系统,俄罗斯负责空间站轨道提升,对于俄罗斯来说,这是1笔不小的开销。

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