北京中科白癜风医院爱心捐助 http://nb.ifeng.com/a/20180507/6557031_0.shtml什么是骄傲?一架模仿星星的火箭。”~19世纪英国诗人威廉·华兹华斯~无论是SpaceX的星际飞船还是NASA的阿尔特弥斯任务SLSBLOCK1，发射时总是浓雾滚滚，你总是看不到科幻片中太空飞船简洁优美的等离子体火焰。难道现实中就没有这样的推进器了吗。答案是有！而且很平常、很普通，天上飞的卫星有很多都是采取这样的推进方式。那为什么就不能造出像上图那样的飞船呢？因为按照目前的技术，上图四个等离子推进器的推力加起来可能还不到牛。所以只能是看着很美。电推进系统以喷射等离子体方式推进的发动机属于电推进的一种，衡量其性能的主要指标有比功率、比冲（可以理解为喷射击速度，单位“秒）、推力、推力密度和持续时间，都是越大越有劲。上表中的离子发动机和电离式发动机均属于喷射等离子方式工作的推进器，其实不管用多少分类，都是在变着方追求对功率、比冲、推力和寿命的最大以及优化。其工作原理也是要遵循牛顿运动定律，通过各种方法来电离燃料，通过电场加速抛离获取反作用力，所以其仍然属于工质发动机范畴。大功率电推进具有比冲高、推力大、寿命长等特点，且比冲、推力均可在较宽的范围内调节，应用于大型空间任务，不仅可大幅节省推进剂，提高任务的可实现性，而且能够满足不同空间任务阶段对电推进性能的不同需求。例如对于5t干重的月球探测器，执行地球近地轨道（LEO）到月球轨道的转移任务，若采用化学推进，则需要23t推进剂，但若采用高比冲的霍尔等电推进，则推进剂仅需0.7t～1.8t左右，优势非常明显。目前大功率的电推进发展较快的当属霍尔电推进和可变比冲磁等离子体推进（VASIMR）了。今天小编重点带大家了解下霍尔推进器的发展现状。下次咱们找时间聊一聊，可变比冲磁等离子体推进器（VASIMR）NASA的最新太阳能电推进系统（SEP）太阳能电力推进(SEP)项目是NASA应对阿尔特弥斯任务以及后续深空探索而启动的一项推进技术研究，由NASA格伦研究中心负责。该项目核心组件为大功率霍尔推进器，其他正在开发和演示的技术包括先进的太阳能电池阵列、高压电源管理和分配、电源处理单元以及用于测量系统性能的航天诊断系统。通过SEP技术，太阳能模块输出电能到带有先进磁屏蔽的静电霍尔推进器，——取代了由传统火箭发动机提供的传统化学推进剂。该推进器功率最高为12.5千瓦(kW)，能够连续工作数年。推进器在磁场中产生并捕获电子，利用它们来电离飞船上的推进剂——在这种情况下，使惰性气体氙气——进入等离子体的废气羽流，从而加速飞船前进。几个霍尔推进器可以组合起来增加功率。一个能够将氙离子加速到每小时英里以上的系统，随着时间的推移将提供足够的力量来移动货物并进行轨道转移。年，研究人员成功测试了对其进行了测试，NASA在年正式委托格伦研究中心制造第一套SEP系统，包括一个动力处理单元、一个霍尔推进器和一个氙气流量控制器，可以在太空飞行中演示该技术，并最终用于可操作的飞行器，以实现NASA的太空任务。SEP项目将展示机器人和人类探索级太阳能电力运输系统所需的关键技术，以及商业太空操作和科学任务所需的高效轨道转移能力。阿尔特弥斯任务的月球门户空间站的第一个组件将演示使用先进的高功率SEP来保持飞船的位置以及围绕月球进行轨道转移。各国家的发展现状基于中功率霍尔电推进成熟应用，面向未来大型空间货运、深空探测、大规模取样返回等大载荷空间任务，欧美俄等国都在开展20kW～kW功率等级的电推进技术研究，并将大功率霍尔电推进作为其核心技术，积极开展大型空间任务论证和大功率霍尔电推进技术研究，以确保其在航天技术上的领先优势。俄罗斯于20世纪60年代开始大功率霍尔电推进技术的研究，主要研制单位为火炬设计局（Fakel），克尔德什研究中心（KeldyshResearchCenter），中央机械制造研究院（TsNIIMASH）等。典型的大功率霍尔推力器有SPT-，SPT-，D-，VHITAL-等。SPT-SPT-大功率霍尔推力器工程样机（上图），是较早的大功率霍尔推力器之一，功率为5kW～30kW，放电电压V～V，最大推力mN，最高比冲超过s，寿命达h，远远高于其它大功率霍尔推力器的寿命。该推力器各项性能，尤其是比冲、寿命均优于同类推力器，居于国际领先地位。D-推力器采用大功率阳极层霍尔电推进（TAL）技术，是目前已验证的功率最高的霍尔推力器，验证最高功率为kW，采用铋金属推进剂，最高比冲达到s，效率超过70%。D-推力器同样为双级设计，采用辐射冷却和铋推进剂，已验证比冲0s～5s，功率10kW～34kW。工作在25kW时，推力达到mN，比冲s，效率67％。美国开展大功率霍尔推进技术研究的主要机构有NASA格伦研究中心（GRC）、Busek公司等。NASA在“空间推进路线图”中明确指出，美国将研制50kW和kW两款大功率霍尔推进用于执行地球近地轨道和火星轨道等大型货物运输的轨道转移任务。GRC从年开始，联合多家机构研制了T大功率多模式霍尔推力器（上图），在7kW～20kW范围内，推力0.5N～1.0N，比冲s～s，效率59%左右。密歇根大学研制了kW级的X3嵌套式霍尔推力器（上图）。年10月，NASA对X3霍尔推力器进行了试验验证，测试最大功率kW，最大电流A，最大推力可达5.4N，达到迄今最高水平。欧洲欧洲针对未来深空探测任务，从9年开始，通过为期3年的“大功率电推进”计划，基于现有霍尔电推进技术，由多家研究机构组成的联合团队，设计出20kW级的PPS-20k霍尔推力器（下左），主要指标：功率20kW，推力1N，比冲s，质量25kg。意大利Alta公司针对GEO平台轨道提升和深空探测主推进的需求，正在研制HT-30k霍尔推力器（下右），额定指标：功率30kW，比冲s，推力1.55N，总效率60%。中国中等功率霍尔电推进技术已经发展成熟，正处于工程应用阶段。其中，亚千瓦级霍尔推力器已经过空间飞行验证并在国际上首次完成h的地面1：1长寿命试验验证；千瓦级霍尔推力器地面1：1长寿命试验已经超过h，试验仍在进行中；为其配套的发射电流2.5A的空心阴极，成功通过2h/0次地面长寿命试验验证，达到了国际同等水平；5kW多模式霍尔推力器已经完成工程样机地面测试，最大推力mN，最高比冲s，最高工作效率62%，性能指标与国际水平接轨。中国在中等功率方面的技术积累为大功率霍尔电推进技术发展奠定良好的基础。在大功率霍尔电推进技术研究方面，针对未来载人空间任务动力需求，已经完成大功率电推进技术优选和总体方案论证。针对10kW～50kW功率范围内的霍尔电推进技术，开展了理论与仿真研究，相继完成了20kW级嵌套式，30kW级单环大功率霍尔推力器方案设计与优化。目前，正在开展50kW级霍尔推力器方案设计。年10月，上海空间推进研究所通过国际合作，完成了10kW级大功率霍尔推力器的研制（下图），测试推力达到.5mN，比冲s，效率为63.6%，并通过h有限寿命试验预估，预估寿命超过00h。其未来发展趋势单台更大功率。霍尔电推进正在朝着单台推力器实现高于千瓦的大功率方向发展，例如D-，已经验证了在千瓦功率下工作的稳定性，设计功率千瓦的X3推力器，也已经验证了在千瓦功率下工作的性能。更高比冲。通过提高电压、以氪气替代氙气等方式，磁层霍尔推力器的极限是0s，为了实现更高的比冲，通过采取双阳极层（TAL），以金属鉍推进剂替代疝气推进剂，可以实现接近秒的比冲。通过组合实现更大功率。一种是在单台里面加嵌套，但是这种方法因为磁路极其复杂，且相互间干扰严重，通常工作的不是很好。另一种办法就是多台单通道，组合成一簇推力器，效果可以实现兆瓦级的功率。写在最后：现在就剩下大功率的供电问题了，貌似我与科幻片中的宇宙飞船就差一个小型核聚变电站的距离了。
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