科幻——電推進(一)

2021-02-24 航天星世紀

上圖即為比較結果，由圖可以發現二者之間存在巨大的差別。尤其是最後的星際探測，存在近10倍的差距。

當然，電推力器也有其局限性。首先是電推力器的推力特別小，500W-10kW的霍爾推力器，推力在10mN~3N，什麼概念呢，一張A4紙質量約等於4g，也就是40mN的重量（注意是重量不是質量哦）。我們之前有提到嫦娥探測器的主推力器為750N，因此電推力器給太空飛行器的加速度是非常小的，如果任務緊急且是地球衛星，是不能採用電推進的。那麼這麼小的推力為什麼還用呢？首先，目前電推力器應用於位置保持和姿態調整，一年的速度增量在50m/s以內，電推力器由於其精確的推力以及可以持續工作的特點，可以節省大量成本的同時提高控制精度。但是，以後的趨勢將會是全電推進平臺衛星，畢竟不是所有的任務都是非常緊急的。

為什麼我會強調地球衛星呢？因為進入深空探測後，由於電推力器的比衝很高，攜帶同等質量的推進劑，電推力器給太空飛行器的速度增量遠遠超過化學推進。如果有兩個太空飛行器同時從某一軌道進入太陽系深處，將會出現如下太空版的龜兔賽跑。當然，這個比喻不是特別合理，畢竟電推力器主導的太空飛行器最終速度是遠大於化學推進主導的太空飛行器的。

電推力器除了推力小的缺點外，還存在其他一些嚴重的問題需要解決。其中包括帶電粒子返流沉積在太空飛行器表面尤其是太陽能帆板上，導致太空飛行器表面帶電。其二是由於電推力器中等離子體存在振蕩，電子振蕩的頻率與通信頻率接近會嚴重乾燥通信。

做一個小結吧：

1、 電推力器分為三種形式：電熱式（如電阻加熱）、靜電式（離子推力器）、電磁式（霍爾推力器）；

2、 電推力器的比衝高，霍爾推力器和離子推力器能夠達到2000~4000s的比衝，是化學推進的10倍以上；

3、 推力特別小，但是可以持續工作，且提供高精度的推力，目前主要用於軌道保持、姿態調整，未來將會向全電推進衛星平臺發展。由於其高比衝、壽命長等特點，未來的星際探測將會大面積採用電推力器；

4、 容易返流造成太空飛行器表面帶電；

5、 由於等離子體振蕩會影響太空飛行器的通信。

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