“不吹这台推力器了,这款推力器的原理样机研制成功,肯定是振奋人心的,给电推部门点个赞!从别的角度说着事情,10240千瓦功耗,因电推进推力器一般都是长时间点火的应用模式,还是着眼于多年以后的应用。型号角度,作为耗电和发热大户,由于石墨烯的大量应用,此款推力器也给目前飞行器平台的能源和热控能力带来了比较容易解决方案。
10240k怖的耗电,以及按功率处理单元转换效率接近100%,石墨烯真不愧是材料之王,想想就很替总体电路和热控分系统拍手叫好,信心爆棚
直观的说,霍尔推进器的未来的终极目标:星球大战中‘帝国级歼星舰’的主发动机。原理也很简单,给你画个图p处加入推进剂(惰性气体,氙气),a处电离出正离子,bc之间有电势差,离子自b向c加速喷出形成反作用力,推动飞行器运动。”叶华自嗨道。
“几百吨的叶华太空望远镜,只有540牛顿的推力能有什么用呢?”躺在叶华怀里的钟掓慧睁着大眼睛化身好奇宝宝不停的问着。
好为人师的叶华不厌其烦地对钟掓慧解析道:“霍尔推进器的优势是能够稳定的输出能量,而且能够输出很久很久,其他化学火箭虽然推力巨大但燃料有限,所以持续不了太长时间,在漫长的星际赛跑时,霍尔推进器就能胜利。
简单讲,火箭发动机是鸠摩智火焰刀燃烧喷射推进;普通离子推进器是段正淳一阳指离子流推进;霍尔发动机是段誉六脉神剑磁场约束离子流推进。
中学物理实验课我们做过一个实验,叫做‘霍尔效应’。
在通电导体的电流垂直方向,施加一个匀强磁场,那么带电粒子会因为洛伦兹力而发生偏转,在导体两侧产生电势差,把电子流约束在一侧。
霍尔发动机听起来很科幻,其实就是应用了这么一个原理。普通火箭发动机是靠燃烧化学燃料,喷出燃烧气体推进;霍尔发动机靠的是强磁场和电场,抛出的是离子流。
霍尔效应中的磁场形成电势差之后,可以约束电极射出的电子流,让电子流在磁场中形成旋转的霍尔闭环。电子流本身几乎没有质量,无法利用动量守恒抛出质量后推动自身前进。这些电子流在电磁场的作用下加速,撞击并电离作为推进剂的氙气,电离态的氙再被电场加速射出。那么,飞行器就能获得向前的动力。
这东西的好处,就是不用携带太多的化学燃料,不用任何化学反应,直接靠电能喷射出的离子流获得动力,更节能环保,也更好微操。比如说,卫星在轨道上各种姿势调整的时候,就得靠这个来微操。别看推力只是牛级,但在几乎没有空气阻力的太空中,够用了。
而且,由于霍尔发动机的高推冲比,使得它确实高效节能,我们的梦幻飞机还携带了一个名为goce的卫星探测器来探测地球重力场和海洋环流。由于测量精度要求,它的飞行轨道低至250公里,在这个高度,空气阻力并不能被忽视。它装备了一台霍尔推进器,不间断工作了2年只消耗了40公斤氙。这是普通火箭发动机做不到的。未来深空探测、宇宙航行,这个都大有前景。”
钟掓慧又问:“华仔,是不是以后我们都是只用霍尔推进器了?”
换了一个姿势,叶华耐心解说道:“任何事物都有两面性,要一分为二地看问题。只看问题的一面,而不看另一面,就不能得出正确的结论。那就先把霍尔推力器一分为二吧。
霍尔推力器香不香?真香!香在哪儿?香在比冲高,工作寿命长!
不要以为‘牛级’量级小,贵在持久。正如一个古(gai)老(bian)的印度故事,国王想奖励一名大臣,大臣要求国王赏给他一副围棋盘的米粒,第一个小格子一粒,第二个小格子两粒,第三个小格子四粒,之后每一格的米粒数都是前一格的两倍。国王不假思索地答应,但后来才发现,整个王国的大米都不够封赏这位大臣。这就是指数的力量。
我们所熟知的传统火箭发动机,都是通过化学燃料燃烧,并喷射出制热的气体,从而达到推进作用的。而离子推进器,并不采用化学燃烧的方式,而是通过电能作用于工质激发高速离子流向后推进的,虽然也是通过向后喷射达到推进的目的,但其喷射的是一束带电粒子或离子。它所提供的推动力或许相对较弱,但关键的是这种离子推进器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要离子推进器能够长期保持性能稳定,它最终将能够把太空飞船加速到更高的速度。
我们以推力为 0092 牛的推力来计算,则其能带来的加速度是 0092 / 1000 = 0000092 s^2,这是一个非常小的加速度,大家肯定说,这个好在哪呢?别急,这样的加速度,如果持续推进一个星期,也就是 604800s 后,将把速度提升到 556 s(一秒前进55两秒跑完110。还是不快啊!再来!一年之后,也就是 315 x 10^7 s 之后,速度将达到 2898 s。
我们现在可以把推力从 0092 牛,假设增加到 540 牛(增加 5400 倍),同样工作一年,我们可以得到的在一年后的速度是17029440s,那如果工作 5 年呢?10年呢?这个最终速度将是惊人的。
这东西目前老大哥比较常规的应用是卫星,低轨道卫星维持轨道高度,高轨道卫星进行变轨校轨,相比于传统的化学火箭推动,霍尔推进器的一大特点就是比冲高——可达5000s以上。当然它还是要消耗推进剂的,但是由于喷气速度极高,其消耗同等质量推进剂产生的动量也就更大,因此,卫星的使用寿命就能得以延长——卫星的推进剂耗尽了,想要补加可没那么容易。