2020年，俄罗斯航天局不声不响的丢出了一颗重磅炸弹：他们成功的研究出了一款用于航天器的离子发动机。很多人猜测，俄罗斯这是要以此来回敬美国的埃隆·马斯克。
因为在此之前，马斯克的太空探索公司，已经与NASA合作，用他们自己公司制造的宇宙飞船，将两名宇航员送进了国际空间站。此消息一出，美国上下举国如狂。因为他们所坐的，是一家民营航天公司的飞行器，“票价”比起原来，也少了3000万美元。这预示着，以后人类探索宇宙的成本大大降低了。
而美国的这一举动，也可以视为对俄罗斯的示威。因为自从2011年，美国不再发射航天飞机之后，美国飞行员想上空间站，就得坐俄罗斯的飞船。
但俄罗斯用离子发动机作为回应，这就有点让人摸不着头脑了，毕竟，这个设备与载人航天飞行相比，似乎没什么关联性。
今天我们就来和大家聊一聊，俄罗斯搬出的这个航天器离子发动机，究竟有什么样的本事？而它又有着什么样的价值，可以用来回应美国呢？
星际探索，一直都是人类的梦想之一。相比于浩瀚无垠的宇宙，人类目前所生活的地球实在是太渺小了。虽然，目前的人类已经能够进入太空，建立空间站，甚至登上月球，但仍然有很多人，对于“星际航行”，抱以悲观的看法。
而他们的理由也非常简单，那就是燃料。很多人都在哀叹，化石燃料，限制了人类文明的发展。
这一段话虽然看起来有点没头没尾，但细想一番的话，似乎还真是那么一回事。目前人类发射火箭的燃料，基本都需要借助石油来进行提炼。但石油这种资源，即使是在地球上，都是不可再生的，在空空荡荡的太空之中，更是没有地方补充。从某种意义上来说，化石燃料有多少，就意味着人类对太空，能探索到多少。
然而化石燃料的效率极低。以至于在一个巨大的火箭里，其实能在太空工作的部分很少，大部分都是燃料。
比如航天飞机，发射时的离地质量超过2000吨，但实际上，它的有效载荷只有一百多吨。1967年发射的土星5号，其起飞重量达到3408吨，但最后送上月球的部分，却只有45吨。从此也可以看出，使用化石燃料有多么的浪费。
很明显，在上世纪探索宇宙的科学家，很早就意识到了化石燃料有着如此之多的问题。因此，他们也十分迫切的开始寻找化石发动机的替代品。
而就在这时，他们注意到了离子发动机。
离子发动机，虽然看起来像是一个来自未来的科幻名词，但实际上，早在20世纪初，俄罗斯的齐奥尔科夫斯基，和美国的罗伯特·戈达德两位科学家，就都不约而同的提出了“空间电推进”的概念。
所谓“电推进”，顾名思义，就是用电来推动飞船进行航行。但这个“电”，可不是依靠化石燃料来进行发电。从电推进引申而来的，就是离子推进器。
简单来说，离子推进器的原理就是，通过将火箭里的推进剂，用电场将其电离成微观的离子和电子，并将二者分离，随后加速离子，使其从飞船的喷口处喷出，以推动飞船前进。
不过，这个设想是20世纪初提出的。当时的物质条件远没有那么丰富，所以科学家们的猜想，也只能停留在纸面上。
半个世纪过后，美苏进入冷战阶段，开始在各个领域卯着劲较量，火箭领域自然也成为了其中的焦点。两国的科学家都非常有能力，双双研制出了属于本国的离子推进器。
不得不说，离子推进器的好处是实打实的。其中一个核心优势就是，离子加速器的损耗非常小，所以有着极高的比冲值。
比冲表示的，是发动机的效率。单位是“秒”。比冲越高，就代表推进剂的利用效率越高。
因为离子加速的效果，可以随着电场电压的提高而不断提高，理论上甚至可以将其加速到接近光速。这也就导致，离子推进器往往有着比化学推进器更快的排气速度。
普通的化学发动机，其比冲往往只有两三百秒，即使是含能最高的液氢、液氧推进器，其比冲值最多也仅有460秒。而相比之下，离子推进器动辄就能推进到三四千秒。归根结底，就是因为化学燃料的排气速度，完全无法与离子推进器相提并论。
然而，美国虽然和苏联双双做出了自己的离子推进器，但是几年之后，美国就对离子推进器失去了兴趣，对其探索逐渐趋于停滞。这主要是因为，离子推进器的推力，实在是一个极大的硬伤。
事实上，别看离子推进器的比冲值十分美丽，但它的推力，却完全无法像科幻电影一样，能够将巨大的火箭推送到太空中去。因为所有的发动机，都遵循这么一个原理，那就是推力乘以比冲再除以2，所得到的数字一定是近似于输出功率的。换句话说就是，在输出功率一定的情况下，比冲越大，推力反而越小，二者无法兼得。
而即使到了现在，离子发动机的推力也不过是在几毫牛和几牛之间，其推力最多吹开几张纸。此外，电离推进剂，终究也是需要用电的。那既然如此，电从哪里来呢？当时的科学家打算利用太阳能电池板，来获得源源不断的电能。但问题是，如果进入了深空探测，那距离太阳可就远了，电力仍然无法得到保障。
因此，美国的科学家经过种种考量，最终放弃了对于离子推进器的研究。然而，苏联科学家却毫不气馁，他们坚持不懈，并在相关领域得到了突破性的进展。
简单来说，虽然离子推进器的推力很小，在地球上根本克服不了重力，连它自己都举不起来，但是在真空无重力的太空环境中，飞行器受到的引力和空气阻力都非常微弱。所以能量消耗很小的离子推进器，只要进了太空，就可以主打一个细水长流，用微弱但是持之以恒的推力，最终加速出一个非常可观的速度。
比如，一个离子推动器，虽然把一个航天器的速度从0加速到时速10公里，需要漫长的4天时间，效率甚至连小轿车都不如，但是经过一年的时间之后，离子推动器就可以将时速加速到9000公里，甚至到最后加速到了4万公里的时速。
曾有人测算，如果这么加速的话，那么从地球到火星，也只有区区39天的行程。可见，离子推动器是非常适合宇宙航行的。此外，推力小，也更有利于精准调控那些精度要求高的卫星和空间站。
至于离子推进器所需要的发电问题，科学家们选择采用钚元素衰变电池。钚的半衰期非常漫长，为87.7年，可以长时间稳定的供给电能。不过，钚238过于昂贵，在美国的售价为每公斤1000万美元。因此，科学家们也开始使用相对便宜的氙来进行代替。
然而，苏联虽然对于离子推进器的研究十分有成效，可以说是远远甩开了美国同行，但美国却用一种十分哭笑不得的方式，大踏步追上了俄国。
1991年，苏联解体，大批科学家被迫流亡到其他国家，以继续自己的科研。而美国，就接收了一大批苏联的离子推进器专家，从此在该项目上突飞猛进。
不过，俄国究竟还是底蕴深厚，虽然损失了不少科学家，但仍然在离子发动机这一领域，颇有建树。2020年，俄罗斯推出了自己的新型离子发动机ID-200 KR。
然而，俄国虽然官宣了该款离子火箭发动机，但却对其具体的参数讳莫如深，只是透露了，这个发动机的功率为3000瓦，比冲量达到4500秒。但即使如此，这个数值放眼全世界，都是极其领先的水平了。顿时，世界航天迷一片轰动。
对于俄罗斯来说，亮相这一发动机，也算是在回敬马斯克的航天飞船。他们以此向美国宣告，仍然使用化学发动机的航天飞船，不过是一时之利。而象征深空探索的离子发动机，才是人类走向宇宙的钥匙。即使离子发动机目前还很弱小，但它总有一天，能够背负起全人类星际航行的梦想。
如今的俄罗斯在美国制裁之下，很多领域都处在衰落之中。但现在竟然还能拿出如此先进的离子发动机，实在令人眼前一亮。不过，这种发动机所流露出的信息并不充分，俄罗斯能否顶住压力，在其基础上有着进一步的突破，就留待时间的检验吧。
