【一口气,竟能够吹走航天器?】如果我说一口气能把天宫一号吹走,很多人肯定会说这是不是在吹牛?我这口气,只能吹走一张A4纸 , 但到了太空就能稳稳妥妥地吹走航天器 。
根据牛顿第三定律,如果想推动物体运动,就必须给它一个作用力 。我们向前走,靠的是脚掌与地面的摩擦力,如果被举在半空便无处发力寸步难行 。那么航天器被发射到茫茫太空后又如何获得作用力呢?
原本静止的火箭靠着气体的推力成功升空,航天器的动力来源也是如此 。而它喷射气流的方式主要有三种:第一种是物理方式,主要利用压缩气体喷气来推动,结构简单但效率偏低 。第二种是化学方式 , 通过喷射化学燃料燃烧迅速膨胀的气体来获得推力 。它力气很大,但身形笨重 。第三种是电推进,霍尔推进就是最常见的一种 。它通过高速喷出离子流获得反作用力来推动航天器 。那么问题来了,离子是带电的原子,微观世界的离子,能推动宏观世界的航天器吗,这离子流能给力吗?
霍尔推进的缺点就是推力?。?小到什么程度呢?天宫空间站安装的霍尔推进器,每台输出推力仅80毫牛 。毫不夸张地说,这只能推动一张纸!但别忘了,太空中基本没有阻力,80毫牛虽是微薄之力,却足以推动数百吨的空间站 , 也就是说 , 推力小虽是瑕疵,但瑕不掩瑜 。这是因为霍尔推进器具备“三高”优势:高比冲、高速度、高能效 。
比冲代表单位质量的推进剂所产生的推力,就像一匹马,吃的草越少,跑得越远,比冲就越高 。同样重量的推进器 , 霍尔推进器可以产生传统火箭发动机的10倍推力 。
喷气速度关系到航天器飞行的最终速度 。传统火箭推进器最高喷气速度是每秒三四千米 , 而霍尔推进器则能达到每秒10千米至80千米 。
传统火箭推进器一顿猛烧 , 靠的是大力出奇迹,但是做功并不持久 , 一般只有三四百秒,只够带我们逃离地球,而霍尔推进器可以持续工作上千小时,能使航天器一直加速,让星际旅行不再是梦想 。
2022年1月,我国最新的霍尔推进器试车成功,最大推力4.6牛,比冲和能效打破了美国创造的最高纪录 , 达到了世界一流水平 。现在你相信了吧,霍尔推进器这“一口气”的力量,不仅吹动了航天器,更吹响了我们进军星辰大海的嘹亮号角 。
(作者系战略支援部队航天工程大学助教、第九届全国科普讲解大赛二等奖获得者)
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