如果我國火星探測器安裝霍爾推進器去火星的行程就不會七個月之久
2020-07-25 監理工程師劉總中國近年來在航天航空領域的發展成就驚人
中國近些年來在航天航空領域的發展，是非常讓人震驚的，如果說曾經的神舟系列飛船載人航天成功登上太空，已經告知世界各國中國的強大，那麼後期的嫦娥四號等等一系列宇宙飛船的發射成功，就更加的說明了中國的力量。中國新聞網報導指出，2019全年，中國航天34次將火箭送上太空，連續兩年成為全球年度航天發射次數最多的國家。此外，我國建設已久的北鬥衛星導航系統，也在2019年邁上了新的臺階。截至2019年底，在全年發射10顆北鬥導航衛星。2020年6月23日，中國發射了北鬥三號全球衛星導航系統的最後一顆衛星，從而完成了北鬥系統的組網工作。目前，北鬥衛星導航系統已經成為我國的國家名片之一。據報導，2018年年底，我國成功在全球推出北鬥衛星導航服務。截至目前，我國北鬥系統能在全球130個國家（聯合國成員國以及梵蒂岡和巴勒斯坦）的首都上空被觀測到，遠遠超過美國的全球衛星定位系統（GPS）
與美歐強國比較更先進的航天發動機成為我們的短板
無論是載人航天還是宇宙飛船，他們的成功都需要強大的推動力，也就是推動器。這些年由於我們沒有更加先進的推動器，所以我們向深空探測也遇到了短板，我們的科學家一直在探索如何讓我們的探測器飛得更遠，去了解更遠的地外文明。我們的科學家把目光盯在了很有前景的霍爾推進器上面，但是造出的樣機推力太小只有毫牛級別，沒有實際意義。
具有劃時代意義的技術突破破
今年元月份傳來重大喜訊，航天科技集團六院801所研製的我國首款20千瓦大功率霍爾推力器成功完成點火試驗，點火時間累計達8小時，點火次數超過30次。該推力器的成功研發，實現了我國霍爾電推力器推力從毫牛級向牛級的跨越。
20千瓦大功率霍爾推力器點火。
試驗過程中，推力器點火可靠，運行平穩，工作參數穩定，實測推力1牛，比衝3068秒，效率大於70%，性能指標達到國際先進水平。成功補充了我國航天引擎技術短板，讓我國深空探索技術再邁進一個臺階，可以媲美歐美。
也許有人會說，這麼小的一點推力，級別是提供了只有1牛的推力，能發揮多大作用？在太空當中，沒有了介質的阻力，在初始速度非常大的情況下，比如說10.9千米每秒的速度，在只有1牛的推力下，會比這個速度越來越大。如果幾牛頓的力不斷加速的話——大家都學過中學物理，真空無重力條件下，始終受一個力作用的勻加速物體，會達到什麼樣的速度？達到一個高速度時，哪怕撤去這個力，靠慣性也能高速穩定航行的。
到底什麼叫霍爾效應？什麼叫霍爾發動機？
中學物理實驗課我們做過一個實驗，叫做「霍爾效應」。
在通電導體的電流垂直方向，施加一個勻強磁場，那麼帶電粒子會因為洛倫茲力而發生偏轉，在導體兩側產生電勢差，把電子流約束在一側。
霍爾發動機聽起來很科幻，其實就是應用了這麼一個原理。普通火箭發動機是靠燃燒化學燃料，噴出燃燒氣體推進；霍爾發動機靠的是強磁場和電場，拋出的是離子流。
霍爾效應中的磁場形成電勢差之後，可以約束電極射出的電子流，讓電子流在磁場中形成旋轉的霍爾閉環。
電子流本身幾乎沒有質量，無法利用動量守恆拋出質量後推動自身前進。
這些電子流在電磁場的作用下加速，撞擊並電離作為推進劑的氙氣，電離態的氙再被電場加速射出。那麼，飛行器就能獲得向前的動力。
這東西的好處，就是不用攜帶太多的化學燃料，不用任何化學反應，直接靠電能噴射出的離子流獲得動力，更節能環保，也更好微操。比如說，衛星在軌道上各種姿勢調整的時候，就得靠這個來微操。別看推力只是牛級，但在幾乎沒有空氣阻力的太空中，夠用了。而且由於霍爾發動機的高推衝比，使得它確實高效節能，未來深空探測、宇宙航行，這個都大有前景。
大家還要明白一點，這個東西主要的能源是電，如果我們想得遠一點，真的要星際航行的話，普通的太陽能電池、核衰變電池都是不夠用的，我們需要更多，更持續的電能，所以，可控核聚變很重要。
我國現在做到了牛級的霍爾推進器，可喜可賀，但和美帝還有差距，星辰大海任重道遠，還要繼續加油。
霍爾發動機前景可觀
中國已經在繼續研製更大推力的100千瓦的磁聚集霍爾發動機。我們的深空探測指日可待。
部分霍爾推力器產品
據悉，該推力器在設計中採用了空心陰極中置、磁屏蔽長壽命等新技術。研製中先後攻克大電流空心陰極、輕質小型化加速器、高效熱管理、高壓大功率穩定放電等關鍵技術，具有推力大、比衝高、工作壽命長、可靠性高等特點，可為大型GEO（地球靜止軌道）衛星、中型/重型全電推平臺、深空探測器、地球軌道空間運輸平臺、太空擺渡車等太空飛行器的軌道機動轉移，在軌位保和姿態控制等任務提供高效動力支撐。
雖然霍爾推進器推力只有幾百毫牛到幾牛，跟有著數千牛推力的傳統化學推進器在推力上無法相提並論，但是霍爾推進器有一個非常大優點，能夠長時間使用，從長遠時間計算，比傳統化學推進器節能10倍以上。
所以掌握大功率霍爾推進器這項技術，就代表我國已經具備了小行星採礦返回技術。
霍爾推進器在國際上應用比較早，比較典型的是歐美發達國家。
日本正在返回地球的日本隼鳥2號正是使用了霍爾推進器。
而準備對本努小行星下手的美國OSIRIS-REx飛船也是採用大功率霍爾推進器。
2009年3月27日歐航局ESA發射了一個名為GOCE的衛星探測器來探測地球重力場和海洋環流。由於測量精度要求，它的飛行軌道低至250公裡，在這個高度，空氣阻力並不能被忽視。它裝備了一臺霍爾推進器，不間斷工作了2年只消耗了40公斤氙。這是普通火箭發動機做不到的。
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