上个月我国成功发射了名为“快舟·富强福”号的运载火箭,它携带了首颗通信能力达10Gbps的低轨宽带通信卫星。这里面有一个关键就是卫星的推进装置叫霍尔推进器,并且是牛级霍尔推进器。
什么是霍尔推进器呢?它是一种全新的太空动力引擎,传统的火箭推进器都是用液氢、液氧燃烧产生大量的高速气流,让火箭获得推力,这种传统方式来推进,效率不高,并且火箭那么大,其实大部分体积都是用来装燃料的,卫星就只有火箭顶端那一点点,所以效率不行。霍尔推进器的推进原理完全不同,它不使用化学能而是用电能,是个电动引擎。它之所以叫霍尔推进器,是因为这里用到了霍尔效应的原理,简单来说,就是要加个强磁场,再加个电场就能产生定向的电子流。
霍尔推进器的原理是,有一个环形的腔室,由阴极发射电子到腔室里面,腔室里打一个垂直于圆环的磁场,由于运动的电子在腔室里收到洛伦兹力的作用,这样就会让电子获得高速运动,在圆环里面转圈。同时在腔室里面放入惰性气体,比方说氙气,氪气,因为惰性气体稳定,不会产生其他反应,高速运动的电子不能直接用来推进,因为它们质量太小了,用来做工致使推进效率太低。接下来让高速电子跟氙气原子碰撞,把氙原子撞出来,这样氙原子就带了正电,变成氙离子就形成了等离子体。然后再加一个电场,把氙离子加速,把高速的氙离子推出去,这样的话就形成了高速粒子流,从而产生推力。
霍尔推进器几乎一定是未来星际旅行的必然方案之一,因为它比传统的火箭推进器效率高10倍,能高到50%-70%。并且由于它体积小,一个人就能抱得下,不像火箭推进器,要弄的那么大的体积。它几乎可以一直工作下去,现在要载人去火星是比较困难的,因为带不了足够多的燃料。无法把飞行器加速到人类可以忍的速度,所以现在去一趟火星要一年多,正常人都受不了的。霍尔推进器因为效率高,可以长时间加速,传统宇宙飞船差不多最多速度到7万公里每小时,但是霍尔推进器可以把宇宙飞船加速到80万公里每小时,也就是去一趟月球,只要半个小时,但是霍尔推进器的问题在于推力很小,所以加速的时间比较漫长。
我国此次制造的牛级霍尔推进器,也就是单位输出功率能达到一牛顿的数量级的推力,以往的大部分都是毫牛级,也就是实现了数量级的突破。所以以后的航天方案估计是火箭推进器加霍尔推进器一起用。从地球上飞出来,估计还是要靠火箭的,因为要克服巨大的引力和空气阻力,真进了太空没有阻力的话,霍尔推进器的超强耐力就体现出来了,可能航天事业就要进入新纪元了。