霍爾效應推進器
2021-01-17 純真學者出神入化在1950年代和60年代，霍爾效應推進器的最初工作是在美國和蘇聯獨立進行的。由於早期設計的效率低下，這種推力器在1970年左右在美國停止了發展。但是，蘇聯對離子加速機制的持續研究使霍爾推力器成為一種高效的推進裝置。
蘇聯開發了兩種類型的霍爾推力器：庫爾恰託夫研究所的固定等離子推力器（SPT）和中央機械製造研究所（TsNIIMASH）的陽極層推力器（ALT）。從1972年的流星號衛星開始，SPT裝置已經飛行了200多個蘇維埃/俄羅斯衛星以進行目標站維護。隨著冷戰的結束，這種技術在西方也可以使用。在美國，關於SPT所做的工作主要是在NASA的Glenn研究中心（以前的Lewis研究中心）和噴氣推進實驗室完成的。歐洲SMART-1探針也使用了霍爾效應推進器。
圖2. 霍爾效應推進器結構：anode（陽極），externel cathode（陰極），acceleration chamber（加速室），magnetic coils（磁線圈）。
電子由推進器下遊端的陰極產生。推進器的電源將陽極（正電極）或「通道」充電到高電位。在陰極的電子被吸引到通道壁並在上遊方向加速。
當電子移向通道時，它們會遇到推進器強大的電磁體產生的磁場。這種高強度磁場會俘獲電子，使它們在推進器通道的下遊端形成一個環形圈。霍爾推力器因這種電子流而得名，稱為霍爾電流。
然後由低壓氣體如氙組成的推進劑被注入推進器的通道。由於霍爾推進器使用惰性氣體作為推進劑，因此沒有化學火箭爆炸的危險。通道中捕獲的一些電子與推進劑原子碰撞，產生離子。當產生推進劑離子時，它們會在通道（正）和電子環（負）之間產生電場，並加速離開推進器，從而產生離子束。
推力是由離子施加給電子云的力產生的。該力傳遞到磁場，該磁場又傳遞到推進器的磁路。電子具有很高的移動性，並被束中的離子吸引，從而導致等量的電子和離子同時離開推進器。這使推進器能夠保持整體電中性。
根據最新的報導，美國宇航局格倫研究中心的工程師為了完成在2020年首次改變小行星軌道的任務，對現有的推進器進行改進，需要研發先進的太陽能推進系統（SEP）。而在SEP上，便使用了霍爾推進器，其所耗燃料將不到現有化學火箭的十分之一。在最近的測試中，工程師利用真空室模擬真實的太空環境，並成功研製出了更高效、更長壽命、更大功率的新型霍爾推進器（比舊型號的效率提高了50%，功率能達到之前的三倍）。
這是一群致力於科研傳播的faculty & PhD記錄分享點滴思考的平臺，這裡有我們在各自領域（機器學習，醫療影像，材料科學，凝聚態物理，生物信息，光學成像等）涉獵研究的點滴感悟，有我們在國內，海外求學工作奮鬥的酸甜苦辣，亦有偶爾的風月和我們的詩與遠方。
——純真學者團隊
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上個月中旬，有報導稱我國首款20KW大功率霍爾推進器（推力器）研發成功，實現了推力從毫牛級向牛級的跨越。相應的推力器有：場效應靜電推力器（FEEP）微波電熱推力器（MET）電弧加熱推力器（arcjet）電阻加熱發動機（resistojet）磁等離子體動力學推進器（MPD）脈衝等離子體推進器（PPT）離子發動機（ion engine)霍爾推力器 -
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