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更先進的航天推進器,更適合星際飛行與深空探測的空間推進器

隨著航天科技的迅速發展,電推進的應用將越來越廣泛,並將成為空間推進的新方向。歐洲太空局早已將電推進作為未來的十大尖端技術之一。

由於空間推進技術要求越來越高,傳統的化學推進已經越來越滿足不了航天器的多種高性能指標要求,因此電推進取代常規的化學推進勢在必行,在空間推進上,離子推進器有著更高的優勢。

離子推進器,也叫離子推力器,即離子發動機,是電推進的一種。

離子推進器的技術原理與傳統化學火箭的噴氣推進原理相同,但不同的是:它不採用化學燃燒的方式,而是通過電能作用於工質,激髮帶電粒子或是離子高速向後噴出而產生推力。

傳統化學燃燒火箭必需攜帶大量燃料,而在發射升空階段燃料就已經消耗了很大一部分,當航天器進入太空正常運行後,還需要很多推進劑的能量來對航天器進行姿態控制、位置保持、軌道機動等等,攜帶大量燃料大大擠佔了有效載荷的重量。

離子推進器與傳統化學推進相比,雖然推力相對較弱,但很穩定,效率高,比沖高,加速度時間長,攜帶燃料少,它的燃燒效率比常規化學發動機高大約10倍。它可以長時間提供推力給航天器進行加速,隨著時間的推移,它會將航天器的速度加得越來越快,最終讓航天器獲得更高的速度。從理論上講,在加速過程中沒有能量損失。

離子推進器的推力很小,這個力度大概只能吹動一張紙,所以加速度也很小,可能只有幾厘米每秒甚至更低,但這並不成為它的弱點。我們在評價它的性能時,是在保證其推力、比沖的條件下,評價效率的高低,效率越高,說明推進器性能越好,直觀表現為在一定的推力和比衝下,離子推進器所消耗的功率越小,那麼性能就越優。

例如,某個氙離子推進器的測試:推進器將電能和氙氣轉化為帶正電荷的高速離子流,金屬高壓輸電網對離子流施加靜電引力,離子流獲得加速度,當推進器運行一定的時間後,加速後的離子使推進器獲得時速高達143201千米的速度。

中國早在1974年就開始研製離子電推力系統,到了1986年研製了80毫米汞離子電推進,該成果於1987年獲得了國家科技進步一等獎,在當時達到了國際領先水平,產品水平不弱於從上世紀50年代就開始從事此方面研究的美國。2012年,裝載著離子發動機的中國「實踐九號」科學衛星發射成功。

由於離子推進器有著穩定,壽命長,比沖高,效率高,有效載荷多等特點,它非常適合星際飛行與深空探測。而且相關技術已經應用到一些太空飛船上,比如日本的「隼鳥」太空探測器,歐洲的「智能1號」太空船和美國的」黎明號「,「深空1號」探測器等,而且技術已經取得了很大的進步。

VASIMR等離子火箭(全稱是可變特定動力磁等離子火箭),是很多人關注的高科技火箭,認為這種火箭的推進器最有希望成為未來行星際旅行載人飛船的推進器。

VASIMR等離子火箭的推進器與一般的離子推進器略有不同,普通的離子推進器是利用強大的電磁場來加速離子體,而它是利用電流轉換氫、氦或氘等燃料,在加熱至1100萬攝氏度狀態下形成等離子氣體,這些等離子氣體然後通過磁場被引導進入排氣管,從而推動航天器飛行。

VASIMR火箭是由美國前宇航員,火箭科學家,麻省理工學院物理學家張福林研製。使用這種火箭發射航天器可實現55公里每秒的航速。張福林是美國宇航局頗為重視的科學家,他宣稱,未來地球火星之間的太空航程時間僅需39天。

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