如果人站在離子推進引擎後面會發生什麼?

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我們在宇宙類科幻電影裡常常可以看到星際飛船或者戰艦，使用一種發著幽藍色光的推進引擎，是不是覺得很炫酷？這種幽藍色的推進裝置叫做離子推進器。其實已經在某些衛星和太空飛行器上使用了。

離子推力器，又稱離子發動機，為空間電推進技術中的一種，其原理是先將氣態工質電離，並在強電場作用下將離子加速噴出，通過反作用力推動衛星進行姿態調整或者軌道轉移任務。與傳統的化學推進方式相比，離子推力器需要的工作介質質量小，能量轉化效率高，但是離子推進器的推力很小。適合長距離長時間空間持續加速使用。

並非最新科技

人類通過磁場控制帶電粒子的運動並不是什麼新科技，最早的黑白電視機顯像管，就是通過控制電子的偏移在螢光介質屏幕上形成影像。離子推進的原理也比較類似。

顯像管技術

考夫曼與他手中的離子推力器

1959年NASA的考夫曼研製了第一個離子推進裝置，其原理如下圖：先將汞注入電離室，然後電子槍注入電子，用線圈加速電子轟擊汞原子製造出汞離子，汞離子帶正電，用後面正負柵板產生的電場加速噴出產生推力。

在噴口附近加一把電子槍，向離子束注入帶負電的電子，使其中性化，恢復成不帶電的原子。否則帶電離子會沾滿整個推進器表面和太空飛行器，發動機內部也會積累電子產生靜電，造成各種麻煩。在實際運用中考慮到汞離子的強腐蝕性，現在使用的推進劑大多使用惰性氣體氙。（就是我們汽車氙氣大燈裡的那種惰性氣體）。

1965年，離子推進開始進行SERT-Ⅰ空間飛行試驗，1970年進行了SERT-Ⅱ空間飛行試驗；但是由於技術要求高和對供電裝置的依賴，一直沒有被正式運用，隨著全球衛星通訊的增長，要求衛星的工作壽命越來越長，特別是大型通信衛星，其壽命要求長達15年，為保持軌道定點位置，所需的推進劑越來越多，大量擠佔了有效載荷的重量。因此，大型通信衛星的推進系統改用電推進已勢在必行。此外，小衛星的普遍興起，對離子推進提出了需求，直到1997 年離子推進在商業衛星上正式應用；1999 年首次用作太空飛行器的主推進系統。

只能吹動一張A4紙的推力

離子電推進發動機的特點是加速力和加速度都很低，可能會只有幾十毫牛頓和幾釐米/秒，有人形容這種推力只能「吹動一張紙」。但與化學火箭極短的燃燒時間不同，電推進是「細水長流的工作方式」提供的加速時間可以很長，因此發動機比衝很大，就是說同樣質量的工質能提供更大的總推力和最終速度。另一方面，太空中重力影響小，也沒有空氣阻力，衛星的調姿和變軌，微小推力往往就已足夠。

6毫牛的推力

實際運用

1998年美國「深空1號」首次將離子發動機作為主力推進系統應用在深空飛行，由於這次任務是需要飛越火星以外去探測一顆彗星，研發設計了一部功率 210瓦特、可供長時間連續使用的離子推進器，為了保證飛行器的電力供應，安裝在本體兩側的太陽電池陣，在展開狀態下長達11.75m，該電池陣在距離太陽1AU（1AU是一個地球到太陽的距離約1.5億公裡）處可產生2.5kw功率。飛行器總重量486.3kg，其中包括31.1kg的肼推進劑用於引力加速用，以及81.5kg氙氣用於主離子推進引擎持續加速用。最後該探測器推進器連續工作了長達20個月。2001 年9月成功地飛越了彗星Borrelly，傳回了迄今拍攝的最好的彗核圖像。

深空一號的離子推進裝置

日本的隼鳥2號探測器

隼鳥2號小行星探測器是日本發射的「隼鳥」的後繼探測器。2018年「隼鳥2號」與小行星1999 JU3相遇並對其進行探測（各種折騰，轟炸了小行星一番），並收集攜帶了小行星樣本物質將於2020年（今年）底返回地球。

隼鳥2號用大喇叭取樣後飛離

隼鳥2號使用的也是三臺電推進引擎，不同的是，隼鳥2號的離子發生器採用的是微波電離氣體方式。

微波電離

微波可以將燈泡內的惰性氣體電離，並讓燈泡發光。（這個實驗非常危險！請勿模仿）

我國的離子推進發展

我國在1974年首次開展汞離子推進器的研究，開發的LIPS-80離子發動機，獲得1978年國家科技進步一等獎，然而之後就一直停滯了20年……

1999年，重啟離子電推進研究。2004年，我國第一臺200毫米氙離子推進器樣機問世，補上了落下20年的課。

2012年「實踐九號」A/B雙星，首次使用離子推進器，推力40毫牛，噴口速度30km/s，算是趕上了國際水平。

2019年12月升空的「實踐二十號」搭載了十多項國際領先技術，其中300毫米的LIPS-300離子推進器，噴口速度達到了40km/s，推力200毫牛，首次實現了高低功率雙模式，成功踏入電推第一梯隊。

國產氙氣離子推進器

實踐十三號衛星是我國自主研發的新一代高軌技術試驗衛星，於2017年4月12日在西昌衛星發射中心成功發射。實踐十三號的作用可以理解為一個太空中的高速網關，首次在我國通信衛星上應用Ka頻段寬帶技術，通信總容量達20Gbps，該星主要為中國地區等區域用戶提供服務，可實現偏遠地區的移動通信基站接入及其他行業應用，廣泛應用於企業專網、遠程教育、醫療、網際網路接入、數字新聞採集、機載船舶通信和應急通信等領域。（如果以後飛機上配備接收設備，這貨就可以提供天上吃雞和王者農藥服務啦）而這顆衛星使用的就是我國自己研發的電推引擎。

霍爾推進器

通信衛星上採用的電推力器主要有離子推力器和霍爾推力器兩種。」波音公司和日本衛星主要採用離子推力器，蘿拉、洛馬和泰雷茲、空客等公司主要採用霍爾推力器。兩種推力器本質上一樣，都是用電能將惰性氣體氙氣電離，形成由離子和電子組成的等離子體，離子在電場作用下加速噴出，產生推力。不同的是，離子推力器的電離區和加速區分離，推力器效率更高，比衝更高，缺點是組成複雜，電源種類多；霍爾推力器的電離區和加速區是合一的，因而體積更小，電源種類少，缺點是比衝低，羽流角偏大。

霍爾推進器

被離子電推進的尾焰噴到會怎麼樣？

很多人可能會比較好奇這個問題，認為可能會被高溫燙傷或者被電擊到，其實假設你站在氙氣離子推進器後面，由於氙氣帶電離子已經被電子中和了電性，你是不會被觸電的，但是由於你的皮膚表面可能帶有靜電，所以會有汗毛豎起的情況，氙氣離子溫度並不高，你可能感受到的是一陣離子風吹過的輕微感覺。僅此而已。

安靜的離子電推飛機

長期以來，幾乎所有科學家和航空專業人員都認為離子發動機飛機不可能在大氣層內飛行，因而這項技術早已被人遺忘。在電池、電子和新材料技術突飛猛進的今天，麻省理工學院的一個科學家團隊決心重新審視一下這種技術，看看有沒有可能製造出能在地球表面飛行的離子發動機飛機。

翼展 5 米，重 2.45 公斤，平均高度僅 0.47 米的情況下能持續飛行 60 米，這架造型奇特的飛機，近日在學校的體育館內完成了首次飛行。

和傳統的飛機相比，這架「電噴」飛機和則完全不同，它沒有螺旋槳、沒有渦輪噴氣發動機，由帶電空氣分子碰撞而成的「離子風」提供了飛行所需的推力。正如飛機的發明者、麻省理工學院航空航天副教授史蒂文·巴雷特說：「這是史上第一架推進系統中沒有任何活動部件的飛機，將為飛機帶來新的可能性，未來的飛機會更安靜，機械設計更簡單，並且不會排放燃燒物。」

梵觀點：希望電推進真的以跬步之力推進人類探索千裡。