技術(shù)突破！我國(guó)霍爾推力器研究開發(fā)再添“利器”

　　在各種令人震撼的科幻電影中，我們時(shí)?？吹饺藗凂{駛著先進(jìn)的飛行器，尾部噴著藍(lán)色的熒光，穿梭在無(wú)垠的星空之中，勇敢地探索著那浩瀚宇宙的無(wú)窮奧秘。電影藝術(shù)家們可以憑借無(wú)限的想象力，描繪出人類征服星辰大海的壯麗畫卷。然而，對(duì)于科學(xué)家們來(lái)說(shuō)，他們則必須以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度和不懈的努力，小心求證每一個(gè)設(shè)想，逐步將科幻電影中的設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

　　要遨游太空，動(dòng)力是其中的關(guān)鍵。在這其中，霍爾推力器扮演著重要的角色。它以獨(dú)特的原理和卓越的性能被科學(xué)家們稱為“星際航行的動(dòng)力”。近日，航天科技集團(tuán)六院霍爾推力器試驗(yàn)室順利完成建設(shè)和調(diào)試，我國(guó)的霍爾推力器的研究開發(fā)再添“利器”。

　　什么是霍爾推力器？

　　什么是霍爾推力器？它的原理又是什么？

　　這些霍爾推力器產(chǎn)品，用于我國(guó)空間站的軌道維持。在我們空間站上一共有4臺(tái)這樣的產(chǎn)品。還有比較小的像只有2斤左右，這個(gè)可以運(yùn)用在中小型衛(wèi)星上。

　　在太空中，航天器想要移動(dòng)方向或者改變速度需要一個(gè)推動(dòng)力，這個(gè)推力就由推力器來(lái)產(chǎn)生。傳統(tǒng)的推進(jìn)器是使用化學(xué)燃料，通過(guò)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的氣體，向后噴出氣體獲得反作用力。但這種方式的比沖比較低，對(duì)于燃料的消耗量很大。為了提高比沖和效率，科學(xué)家們發(fā)明了一種新型的推力器，叫做霍爾推力器。它是用美國(guó)物理學(xué)家霍爾命名的，利用離子加速來(lái)產(chǎn)生推力。

　　航天科技集團(tuán)六院801所電推進(jìn)系統(tǒng)部副主任產(chǎn)品師張巖介紹，工作時(shí)陰極模塊首先產(chǎn)生一個(gè)電子，電子在陽(yáng)極的高電壓下加速，在放電室碰撞電離來(lái)產(chǎn)生等離子體，高速噴出去的離子束流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反作用力，就可以產(chǎn)生需要的推力。

　　電是動(dòng)力 物質(zhì)消耗極低 具星際航行潛力

　　火箭要獲得推力需要往后不斷噴射氣流。簡(jiǎn)單地說(shuō)，單位時(shí)間內(nèi)，噴射的氣流越多推力越大，噴射的氣流越快推力越大。

　　傳統(tǒng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)帶很多燃料，最后靠燃燒獲得動(dòng)力，把燃燒后的氣流噴射出去。而霍爾推力器走的卻是另外一條路，它以電流為動(dòng)力，把質(zhì)量極低的離子以極高的，接近光速的速度噴射出去。與現(xiàn)在使用的各種火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不同，霍爾推力器工作時(shí)尾部并沒有火焰，而是發(fā)出藍(lán)瑩瑩的光芒，極具科幻感。

　　在太空中，電力易得、燃料難尋。使用霍爾推力器作為航天器的發(fā)動(dòng)機(jī)，太陽(yáng)能帆板或者核反應(yīng)堆可以產(chǎn)生源源不斷的電力，而用于產(chǎn)生離子的物質(zhì)消耗非常低。比沖是用于衡量火箭或飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的重要物理參數(shù)。在工程上，比沖的單位習(xí)慣使用秒來(lái)表示?；魻柾屏ζ鞯谋葲_非常高，在星際航行中能大顯身手。

　　比沖可以達(dá)到化學(xué)推進(jìn)的5到10倍

　　在航天科技集團(tuán)六院801所，張巖和同事們正在對(duì)霍爾推力器進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證試驗(yàn)。他介紹，傳統(tǒng)的化學(xué)推力器已經(jīng)非常成熟，但是有明顯的劣勢(shì)，最大的缺點(diǎn)就是比沖低，從而在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，需要攜帶大量的燃料。

　　張巖介紹，化學(xué)推進(jìn)的比沖基本上在200秒—300秒，采用霍爾電推進(jìn)之后，比沖就可以達(dá)到化學(xué)推進(jìn)的5—10倍，燃料就可以少帶5—10倍。

　　推力小但精確可調(diào) 真空中可推動(dòng)太空站

　　除了比沖高，減少航天器所攜帶燃料的重量之外，霍爾推力器的推力比較小，所以可以做到精確可調(diào)。以空間站為例，核心艙上搭載了4臺(tái)80毫牛的霍爾推力器，80毫牛的推力只能讓1張紙不掉落。但是，在真空環(huán)境下，卻能讓幾十噸的空間站保持運(yùn)行軌道。

　　張巖介紹，空間站長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生一個(gè)阻力的作用，需要電推或者一種推進(jìn)方式來(lái)給它做一個(gè)推力補(bǔ)償，把它維持在它運(yùn)行軌道上去，而不是逐漸降軌。用化學(xué)推進(jìn)器因?yàn)橥屏Ρ容^大，譬如說(shuō)幾牛、幾十牛，稍微工作一下有可能就推過(guò)了。電推或者霍爾電推，有一個(gè)好處是推力比較小，可以精確調(diào)節(jié)。

　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 可靠性高 多個(gè)航天器已采用

　　除此之外，霍爾推力器還有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)。現(xiàn)在，霍爾推力器已經(jīng)成功地應(yīng)用在我國(guó)多顆航天器上，國(guó)際上也已經(jīng)把霍爾推力器作為航天器的一種主流推進(jìn)方式。

　　新試驗(yàn)室投用 用于驗(yàn)證霍爾推力器可靠性

　　目前，全世界很多國(guó)家都在開發(fā)更先進(jìn)的霍爾推力器。不久前，在西安的航天科技集團(tuán)六院霍爾推力器試驗(yàn)室順利完成建設(shè)和調(diào)試，它的重要功能就是驗(yàn)證霍爾推力器的可靠性，將成為我國(guó)研制新型霍爾推力器的重要科學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施。

　　“黑燈實(shí)驗(yàn)室” 可全天無(wú)人值守做試驗(yàn)

　　在航天科技集團(tuán)六院，研制人員建立了一套將數(shù)字化技術(shù)手段和霍爾推力器試驗(yàn)系統(tǒng)深度融合的自動(dòng)化的試驗(yàn)系統(tǒng)，也就是“黑燈實(shí)驗(yàn)室”，實(shí)現(xiàn)了全周期24小時(shí)無(wú)人值守的試驗(yàn)?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)型。

　　長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn) 試探推力器極限壽命

　　相比于傳統(tǒng)的使用化學(xué)推進(jìn)劑的發(fā)動(dòng)機(jī)，霍爾推力器需要通過(guò)連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的工作來(lái)完成任務(wù)。隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)品的壽命會(huì)逐漸下降，要想摸到它的極限壽命，就需要對(duì)霍爾推力器進(jìn)行不間斷長(zhǎng)時(shí)間試驗(yàn)。

　　我國(guó)已實(shí)現(xiàn)嵌套式霍爾推力器技術(shù)突破

　　目前，霍爾推力器的推力還比較小，只用于真空環(huán)境中。不過(guò)，我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)嵌套式霍爾推力器技術(shù)突破，這也為研制更大推力的霍爾推力器打下了基礎(chǔ)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，霍爾推力器將來(lái)會(huì)有更廣泛的應(yīng)用空間。

　　為研制更大推力霍爾推力器打下基礎(chǔ)

　　就在不久前，航天科技集團(tuán)六院801所研制的50千瓦級(jí)雙環(huán)嵌套式霍爾推力器成功實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火和穩(wěn)定運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)嵌套式霍爾推力器技術(shù)突破的國(guó)家。這也為未來(lái)霍爾推力器在同等體積下實(shí)現(xiàn)更大推力打下了基礎(chǔ)。

　　未來(lái)發(fā)展方向：大的更大 小的更小

　　張巖介紹，目前，霍爾推力器未來(lái)的發(fā)展方向主要是在現(xiàn)有推力基礎(chǔ)上向兩邊拓展，一個(gè)是更小的功率滿足中小衛(wèi)星甚至是微小衛(wèi)星的應(yīng)用，另外一個(gè)是更大的功率，來(lái)滿足未來(lái)的大型衛(wèi)星、大型的深空探測(cè)任務(wù)的需求。

　　未來(lái)發(fā)展方向：多模式推力器

　　除了大功率之外，霍爾推力器還在朝著多模式的方向發(fā)展，來(lái)滿足未來(lái)一顆航天器不同階段的任務(wù)需求。

　　轉(zhuǎn)自：央視網(wǎng)

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