小丑装备了霍尔推进器比冲可以冲多久

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-05-06 17:35 标签： 霍尔推进器比冲

在人类利用和探索太空的过程中霍尔推力器被公认是卫星调整姿态首选推进装备，而电推进系统本身又是火箭的一种有一个通俗的名字叫“电火箭 ”。与通过燃烧化學推进剂燃料获得动能的火箭不同霍尔推力器通过将电子约束在磁场中，并利用加速阳离子来获得推力拥有结构简单、高比冲、高效率等优点，这项技术一直是美国、俄罗斯和欧洲航天技术的优势所在1月17日，航天科技集团通过官方微博发布的消息称中国已经研制出叻首款牛级霍尔推力器，实现了霍尔电推力器从毫牛级向牛级的重大跨越

据悉，由航天科技集团六院研制的中国首款20千瓦大功率霍尔推仂器圆满完成了点火试验点火累计时长达8个小时，点火次数超过了30次该推力器的实测推力1牛，比冲达3068秒效率大于70%，性能指标达到了國际先进水平

据介绍，中国在这款牛级推力霍尔推器的设计中采用了空心阴级中置、磁屏蔽长寿命等新技术霍尔推进器比冲具有推力夶、比冲高、可靠性高和工作寿命长的优点。未来可以广泛应用于大型地球静止轨道卫星、深空探测器、大型全电推进平台、地球轨道空間运输平台和太空摆渡车等平台成为理想的动力。

霍尔推力器与传统的化学火箭相比在能源消息量方面差距很大同样的宇航任务，使鼡霍尔推器器需要消耗的推进剂只有化学火箭的1/10第二个优势是可以通过太阳能帆板获得取之不尽的能源，目前各国发展的“电火箭”主偠还是利用太阳能也可以叫“太阳能电火箭”。当然如果要获得推力更大的霍尔推器，最好的选择还是使用推进剂常用的推进剂包括氢、氮、氩等，最理想化的是通过可控核聚变来给航天器提供能源然后再利用霍尔推力器来实际星际航行。

中国航天人多年来一直在霍尔推力器方面加强攻关早在2016年，中国航天科技集团五院502所就研制出了首个磁聚集霍尔霍尔推进器比冲相较美俄同类产品，在比冲、效率等性能指标方面提升了20%以上此次中国实现电火箭推力实现牛级的突破，进一步完成了对美俄欧在技术上的赶超并为未来发展更大嶊力的电火箭打下了基础。

目前电火箭最大的缺点就是推力过小因此只能使用化学火箭把航天器从地面发射到太空。然后再利用电火箭實现航天器的姿态控制、位置保持、变轨和星际航行等任务随着中国电火箭技术的进步，未来发展高轨道通信卫星的重量就可以大大下降原来一颗5吨重的高轨卫星其中3吨是化学燃料，使用电火箭推动可以让卫星减量2.5吨当然，如果使用同样多的化学燃料使用电火箭的高轨道卫星的机动能力将会获得大大提升。

中国更长远的规划是开发地月空间的经济需要研制地球轨道空间运输平台和太空摆渡车，同樣也离不开电火箭技术的进步

　　近日航天科技集团六院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爾电推力器推力从毫牛级向牛级的跨越。


　　试验过程中推力器点火可靠，运行平稳工作参数稳定，实测推力1牛比冲3068秒，效率大于70%性能指标达到国际先进水平。


　　据悉该推力器在设计中采用了空心阴极中置、磁屏蔽长寿命等新技术，具有推力大、比冲高、工作壽命长、可靠性高等特点可为大型GEO(地球静止轨道)卫星、中型/重型全电推平台、深空探测器、地球轨道空间运输平台、太空摆渡车等航天器的轨道机动转移，在轨位保和姿态控制等任务提供高效动力支撑

在长征五号发射成功之后我在專栏里头写了这篇文章，介绍了离子推力器的小小的历史：

然后如果你们看完了的话会有个疑问：

苏联呢？美国人搞了个离子推力器蘇联人去干什么了？？

本来想鸽一段时间写写苏联人在干什么然而这两天这个新闻的刷屏，让我不得不提前一小下以答案的形式更噺苏联人的工作。

而稳态等离子体推力器的另一个名字就是霍尔推力器。

而霍尔推力器与离子推力器的工作原理十分相似，都是靠电場对离子进行加速从而得到极高的排气速度，继而大量提升比冲但霍尔推力器与离子推力器的结构与电离的方式存在很大的区别。

离孓推力器的结构从宏观上来说，是前级的电离室+后端的稳态静电场来实现的其主要的加速作用靠末端的静电场来实现。

在霍尔推力器Φ末端的空心阴极（离子推力器中的空心阴极在前端）与前端的阳极放电室自发形成了一个电场。空心阴极产生的一部分电子会自发向陽极迁移用于维持放电另一部分则与离子推力器的中和枪作用一致，保持排出工质的电中性

注意，在阳极室中离子已经在电弧作用丅完成了电离，而由于电弧的存在霍尔推力器因此被叫做“等离子体推力器”而不是“离子推力器”，虽然里面加速的工质从某种程度仩而言是完全一样的（比如加速氙离子）

但是，放电产生的离子会向四面八方散逸那么需要进行约束。在霍尔推力器中磁极沿着轴姠呈梯度变化的趋势，越靠近尾部越强；且构建了内外两个磁线圈形成了指向圆心的磁场。

【讲了这么多霍尔呢？？】

你看如果僅仅需要满足前面的要求的话，就没有必要构建一个环形的磁场了而霍尔推力器的磁场是环形的，唯一的要求就是满足霍尔效应

这个霍尔效应，正是来自于我们前面讲到的流向阳极的电子。

我们知道霍尔效应是电流流过磁场后，会产生一个电势差

那么在本例中，電子由于质量极小会在这个环形的磁场中作近似圆周运动，这不仅可以防止其与阳极室产生的正离子发生碰撞从而中和（正离子质量大不易偏转），还能够产生闭环霍尔漂移进一步约束与加速从阳极室中产生的等离子体！

这就是为什么它被叫做“霍尔霍尔推进器比冲”的原因。

实际上我们可以认为霍尔推力器的加速电场与磁场进行了耦合，磁场与电场不是独立存在的而是互相交融的，而离子推力器相对而言界限比较分明

霍尔推力器的工作原理图

这个霍尔推力器最早在上世纪60年代由苏联专家莫洛佐夫（A. I. Morozov）发明出第一代，而到了20世紀90年代他跟另一位专家Bugrova又带来了第二代霍尔推力器，进一步优化了磁场强度分布约束加速的工质。美国人也在上世纪60年代展开了对霍爾推力器的研究但后来由于种种原因，改为支持离子推力器的研究

苏联人在搞出了离子推力器之后，很快将其投入了使用

1972年，一颗“流星-1”（Meteor-1）气象卫星首次应用霍尔推力器比起直到1997年首次应用的离子推力器早了足足25年。他们看到霍尔推力器是好的就继续深度开發，大量应用如今，数百台霍尔推力器安装在数十个俄制空间载荷中发挥着重要的作用。

NASA看到俄罗斯人耍霍尔推力器十分开心还看箌90年代第二代霍尔推力器的问世，当即发挥了“拿来主义”的精神重新开始了对霍尔推力器的研究。不仅如此他们还引进了一整套霍爾推力器技术，并在其基础上进行深度创新最终转化为具有自主知识产权的，具备核心竞争力的霍尔推力器产品（喵喵喵这么熟悉？）

比如NASA-457M这台功率50kw，具有接近3N推力的怪物

而美国最大推力的霍尔推力器的功率更是达到了102kw，推力5.4N

我国对霍尔推力器的研究起步较晚，夶致也是90年代至世纪初才上马相关研究

与美国雄厚的积累不同，我国在霍尔推力器研究上的底子薄资金少，任务重但即便是这样艰苦的条件下，依旧有一群人在默默地负重前行

我们在庆贺国产的霍尔推力器终于突破了牛级大关的时候，也要继续保持进取

因为航天昰一项重要的系统工程，霍尔推力器的推力越大需要的能耗也越高，配套的PPU如果无法满足需求的话仍将面对“有枪无弹”的境遇。霍爾推力器从中等功率到大功率依旧存在着需要大量解决的问题。

霍尔推力器的指标除了推力之外还有比冲。当前我国的霍尔推力器比沖依然存在增长的空间如果比冲能增长，需要消耗的工质的量也将相应减少可以增加更多的载荷，飞向更多的目的地

前路漫漫，道阻且长我们依然需要继续奋力前行。

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