中国霍尔推进器推力80毫牛,推不动鸡蛋可推动空间站,性能超美国

以山爱科学 2024-07-03 16:55:37

如果不及时的让空间站补充丢失的速度,抬高位置重新回到原来的轨道,势必会坠入大气层。

于是为了避免这种状况发生,所以在中国空间站上就装备着推进器,这种推进器叫霍尔推进器。

最神奇的地方在于,霍尔推进器的推力小的可怜只有微不足道的八十毫牛。

这点推动力连一颗鸡蛋都推不动,因为推动一颗鸡蛋需要0.5牛,换算一下单位是五百毫牛。

这种差距大的吓人。

就算是空间站为了提高推力,加上了四台霍尔推进器,但也仅仅只能得到三百二十毫牛的推力,却依然推不动一颗鸡蛋。

要知道中国的空间站可是百吨级的空间站啊!

做个对比感觉一下,这其中的差距。

天空中的卫星为了保持原有的轨道,延长使用寿命,都是需要携带大量的燃料的,像空间站一样补充丢失的速度,太高位置返回原来的位置。

那么一颗卫星携带的燃料会有多重呢?

比如,一颗有五吨重的同步卫星,它在升空的时候,需要携带的燃料大概是三吨重。

很难想象卫星中只属于配角的燃料,却在质量中占据了大头。

那么这个霍尔推进器怎么有如此的威力呢?

今天就来说说霍尔推进器。

先来说说火箭的历史

航天第一人是中国元末一位叫做陶成道的人。

他对于火器是相当精通的,当年朱元璋下婺州的时候,陶成道就敬献过火器。

后来战功卓著被封为万户。

那么陶成道怎么就成为航天第一人呢?

陶成道很喜欢研究火箭,在晚年的时候,他将四十七根火箭绑在他研制的蛇形飞车上,然后自己坐上去,双手拿着两只大风筝。

想要升空,想要进入到蓝天之上,想要用自己的眼睛看看高空到底是怎么样的?

仆人想要劝说陶成道放弃,毕竟这件事有生命危险。

但陶成道却仰天大笑:

“飞天,乃是我中华千年之夙愿。今天,我纵然粉身碎骨,血溅天疆,也要为后世闯出一条探天的道路来。你等不必害怕,快来点火!”

在一声巨响中,陶成道所坐的蛇形飞车,在一片浓雾中飞起,甚至升到了半空。

也就在这个时候,椅子上的第二排火箭被意外点燃,跟着一声巨响,陶成道也化成了一团火焰。

虽然他失败了,但也成为了人类第一个尝试载人火箭升空的人。

好了接着说火箭的历史。

想要了解火箭的历史,就得先了解火箭的原理。

火箭的原理就是作用力和反作用力的原理,推力的产生是火箭发动机喷射出推进剂,然后在反作用力之下,产生对火箭向上的推力。

陶成道的蛇形飞车也是利用了这一原理。

那么火箭向上的推力和什么有关系呢?

火箭喷出的推进剂质量以及喷出推进剂的速度有关系,这两个数据的乘积再除以火箭的总质量,就是火箭的速度了。

所以火箭往往需要装上大量的推进剂,但这个推进剂的质量还不能太大,毕竟火箭的总质量越大,火箭的速度越低。

现在的科研人员,也只能通过提高喷出推进剂的速度来提高火箭的推力。

但按照现在的技术,想要往太空中发射一吨的设备,那么至少要为这一吨的设备重量,付出二十吨推进剂的重量。

这是一个非常重的负担。

而火箭推进剂分为液体和固体。

其中液体火箭推进剂的原理也简单,就是将推进剂中的燃料和氧化剂分别放在火箭不同的舱室中。

当火箭开始启动的时候,就让燃料和氧化剂同时送到燃烧室。

液体火箭最麻烦的地方在于,推进剂和氧化剂是需要低温保存的。

而火箭作为将设备推入太空的装备,不可能牺牲宝贵的重量,为液体燃料和氧化剂制作一套冷却装置的。

所以液体火箭就需要在发射前,才可以进行加注推进剂的工作。

这样一来让液体火箭的发射,变的时间紧张起来,也让很多工作变的很不便。

那么反观固体火箭就没有这样的烦恼,而且也不需要为燃料和氧化剂提供两个舱室,只要将燃料和氧化剂制作成颗粒状,然后按比例混合好之后,就直接放在燃烧室内就可以了。

这和液体火箭相比较,少了一套输送装置,增加火箭的载荷能力,而且存储的时候,也不需要液体火箭那么小心,需要低温保存。

当然了,任何事情都有好坏的两面性,液体火箭因为是使用输送装置往燃烧室内输送的,所以想要关闭液体火箭是非常方便的,只要掐断了输送装置,液体火箭的点火也会相应的被关闭。

而固体火箭就不一样了,它是直接装在燃烧室内的,一旦点火,就不要想着停下来,除非把所有的燃料消耗殆尽才行。

这是液体火箭和固体火箭。

这两种火箭,也就是让人类进入到地球轨道,或者进入到月球轨道的装备,再远的话,就有点吃力了。

而进入到太空,想要进行深空探索,不论是液体火箭还是固体火箭,推力总会有一个极限。

所以后来科学家们将目光转向了核反应堆发动机上。

而核反应堆发动机,它又分为两种。

一种叫做核电推进系统,一种叫核热推进系统。

比如核电推进系统,其实就是使用核反应堆产生电力,然后用这些电力喷射带正电的等离子,从而实现对飞行器的推动。

听到核电,再听到等离子,感觉高大上,这种推力应该会很大。

其实不然核电推进系统产生的推力,远远不如上文中提到的液体火箭和固体火箭产生的推力。

这种系统最大的特点就是工作时间长而已,之所以可以在太空中使用,是因为宇宙中的阻力几乎是没有的,一点动力就可以获得速度。

那么核热推进系统呢?

核热推进系统还在实验室内呢,但它却具备了液体火箭和固体火箭两倍推力的能力。

这一点和它的兄弟核电推进系统大大相反。

所以核热推进系统有可能是替代液体火箭和固体火箭的下一代火箭。

那么它的工作原理是什么呢?

核热推进系统同样需要推进剂,只不过使推进剂喷出火箭的动力,是核反应堆产生的热能而已。

所以核热推进系统依然需要大量的推进剂。

那么这两种推进系统是不是未来探索深空的主要装备呢?

不是!

因为探索深空的时候,是没有补给站进行补给的。

这两种推进系统说到底,依然需要携带推进剂,一旦推进剂用完,就没有地方进行补充,这就会让飞行器成为了拿着一张单程票,有去无回的装备了。

所以深空探索是需要一种不需要推进剂,甚至是不需要各种工作介质的推进系统。

这种推进系统就被叫做无工质推进。

那么有这种推进系统吗?

还真就有,早在几十年前就被提出来了。

它的工作原理是这样的,用纯铜制作一个锥形的反射腔,然后对着这个锥形纯铜反射腔发射微波,微波就会在这个反射腔里进行反复的弹跳。

在这种反复的弹跳过程中,就会得到一股力量,这股力量就可以推动飞船进行飞行。

这种原理和作用力反作用力一点关系都没有了,只能说自然界非常的神奇。

那么这个方案可以明显的看出来,只要有电力发射微波,不需要任何的推进剂,就可以产生推力了。

当然在这个方案被提出来之后,很多科学家进行了研究,发现这种推力太小了,小的无法让推进器产生移动现象。

时间走到2001年的时候,有科学家就发现了它是能让推进器产生及其微小的移动。

这可是重大突破,既然能产出移动,哪怕是及其微小的,就能研究出更大的推力。

那么这种微小的推力到底有多大呢?

最先是测量不出来的,直到2003年的时候,测出来了,是十六毫牛。

这个结果让科学家们开心。

但在2015年的时候,这种无工质推进器成为了幻象。

因为在这一年,一位德国科学家,进行这个实验的时候,无意中将这个推进器旋转了九十度。

然后就看到设备显示推力突然就变大了。

同样的东西,为什么换了一个位置,推力就变大了呢?

最终研究出的结果,是电源和推进器的距离靠的较为接近的时候,才会有推力。

这推力的产生是输电线对地球磁感线的切割照成的,这也是为什么方向不同,推力不同的原因。

所以无工质推进器的路,现在看来是走不通了。

霍尔推进器。

后来科学家们才把目光重新转入到霍尔推进器上。

霍尔推进器的原理,依然使用的是作用力和反作用的原理。

霍尔推进器需要一个强磁场,然后需要电子做轴向运动,接着将推进剂进行电离,这样就可以加速离子,从而产生推力。

在这个过程中,强磁场好解决,电能也可以在太空中有各种办法获得。

而且霍尔推进器还会产生比液体火箭和固体火箭至少十倍的比冲。

也就是说虽然霍尔推进器依然在使用推进剂,但它的效果要比液体火箭和固体火箭要好很多。

比如使用五百公斤的推进剂,就有了三吨燃料的效果。

这样的话,同等重量的卫星,使用霍尔推进器的话,可以就让卫星再装入总质量的一半的设备。

而中国是第一个将霍尔推进器使用到载人航天任务中的国家。

当然了,任何东西都是有缺点的,霍尔推进器也是一样,它的推力太小。

比如中国空间站中使用的四台霍尔推进器,它的推力只能托起八张A4纸。

虽然推力小,但在太空这种几乎没有阻力的地方,小推力就显得无关紧要了。

它的寿命长却是引人瞩目的,比如中国设计的霍尔推进器,设计寿命就已经超过了三万小时。

这项技术在国际上都是最复杂,最长寿的霍尔推进器。

而且在2020年的时候,中国已经造出了具备1.07牛的霍尔推进器,技术水平是全世界最高的。

这还不是极限,中国在2022年,又实现了,将霍尔推进器的推力提升到4.6牛的地步。

如今到了2024年,这个推力又上了一个台阶,据说已经超过了5.4牛。

需要说明的是,5.4牛这个推力,并没有公布,只能说是疑似。

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评论列表
  • 2024-07-06 19:30

    什么时候咱们的霍尔推进器推力达到十牛,也就是超过一公斤的时候,我们的航天飞行器可以大规模普及应用了,加油![点赞][点赞][点赞][点赞]

以山爱科学

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