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63 霍爾推進器:長距離星際航行的必備技術

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2020年1月16日,我國成功發射了名為“快舟·富強福號”的運載火箭,攜帶10GB帶寬的通信衛星。這次的發射有一個關鍵,就是其攜帶的衛星所用的推進裝置叫“霍爾推進器”,並且是“牛級”霍爾推進器。

霍爾推進器是一種全新的太空動力引擎。傳統的火箭推進器是用液氫或液態甲烷混合液氧並點燃,點燃後利用它們產生大量的高速氣流,讓火箭獲得強大的反推力,進而推動火箭。這種傳統方式的推進效率實際上不夠高。你別看火箭那麽大,其實大部分體積是用來裝燃料的,而衛星隻有火箭頭上的很小一部分,用那麽大的火箭攜帶那麽小的衛星,推進效率不高。

霍爾推進器的原理完全不同,它用的不是化學能,而是電能,是電動引擎。之所以叫霍爾推進器,是因為用到了“霍爾效應”。霍爾推進器的原理是這樣的,它有一個環形的腔室,然後由陰極發射大量的電子到腔室裏麵,腔室裏有一個垂直於圓環的強磁場,由於運動的電子在磁場中會受到洛倫茲力的作用,這可以讓電子在圓環裏麵高速轉圈。同時,腔室裏麵放入惰性氣體,譬如氙氣。這是因為惰性氣體比較穩定,不太容易發生化學反應。剛才獲得的高速運動電子不能直接用來推進,因為它們質量太小了,用來做工質時推進效率還是太低。接下來要讓高速電子跟氙氣原子碰撞,把氙原子的電子給撞出來,這樣氙原子就帶正電了,變成了氙離子,於是就形成了等離子體。再給這些等離子體加一個強電場,電場就會給氙離子加速,再把高速的氙離子向後推出去,高速氙離子流就會產生推力。

霍爾推進器極有可能是未來星際旅行的必選方案之一,因為它的效率高。霍爾推進器的效率,是傳統火箭推進器效率的10倍,能達到50%~70%。由於霍爾推進器的體積小,一個人就能抱得下,不像火箭推進器要有那麽大的罐子裝載,它幾乎可以一直工作下去,因此霍爾推進器是更先進的星際航行引擎。