空少問答小課堂：推進技術哪家強？

點擊「國家空間科學中心」可以訂閱哦！

空少問答

小課堂

第三十三期

4

月

17

日

周

一

推進技術哪家強？

上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！

想要查看原問題背景介紹的朋友們可以點擊《推進技術哪家強？》~下面就讓我們來看看空少的解答吧！

空少正解

答：推進技術哪家強，這個問題還真沒有一個絕對的答案，但是在執行不同的航天飛行任務中，總有一款發動機是相對適合的。當前，我國發射的航天器大都由化學燃料提供空間推進的動能，為了完成變軌、姿態調整和支持南北位置保持需要攜帶大量的燃料。這樣不僅需要佔用寶貴的平台空間，還極大地降低了衛星的載荷比。以一顆設計壽命15年的高軌道衛星為例，其化學燃料的重量就占整顆衛星的一半以上。這對「質量就是金錢的」的航天發射任務來說無疑是個巨大的浪費，一種全新的推進系統亟需出現。

然而我們並沒有等待太久！上世紀60年代，電推進系統的出現為解決這一困境打開了局面。電推進系統不依靠化學燃料燃燒產生推力，而是利用電能讓原子間產生猛烈撞擊，使原子外層的電子掙脫束縛發生電離，成為帶電的離子，這些離子經過高壓電場的加速積累便能達到很高的速度，讓這些高速粒子從特定形狀的噴口噴出便能產生推力。與傳統化學推進方式相比，電推進系統需要的推進燃料很少，可以大量減少航天器的燃料攜帶量，甚至太空中就能直接獲得燃料（太空就是一個天然的等離子體實驗室），而且省去了複雜的儲罐、管道、發動機燃燒室、冷卻器及相關配套設備，可以大幅度增加了航天器的有效載荷。

電推進系統還有一個優點就是使用壽命很長，一個16噸的飛船，在電推力系統的加速下，只需三年就能到達土星。在太空微重力環境下，一點點力就能積累成相當大的效果，電推進系統燃料攜帶量少、操控更靈活、定位更精準、推進速度增量更高等顯著優勢，對於目標是星途大海的星際航天器、小衛星以及行星探測器來說絕對是個不錯的選擇（太陽光帆你怎麼看？）。

當然，電推進系統也有缺點，那就是推力小、功率小，這也是目前限制其發展的一個瓶頸，所以現在的航天任務通常先用化學火箭將航天器發射升空，然後利用電推進系統去執行航天器的各項複雜任務。

歐洲航天局的全電推進衛星想像圖

早在一百多年前俄羅斯著名科學家齊奧爾科夫斯基就在理論上提出：利用電離產生強有力的粒子流，高速粒子流可以來推動航天器。行勝於言，1913年大洋彼岸另一位科班出生的「火箭先驅」美國人羅伯特·戈達爾製造出了一台產生高速粒子的設備，首次在工程上對這項技術的實現進行了嘗試。美國航空宇航局下屬一個非常重要的研究中心—「戈達爾太空飛行中心」便是以其名字命名的。

美國最早的火箭發動機發明家，被公認為現代火箭技術之父

經過幾十年科學家們的不斷努力，理論終於變成現實。1964年，美國發射了「空間電火箭試驗」衛星對電推進系統進行嘗試，4年之後，美國宇航局又發射了「空間電火箭試驗-II」衛星，這兩次試驗為電推進系統的正式登場積累了大量實踐經驗，使這項技術的可靠性不斷得到提高。2003年，日本發射了一顆名為「隼鳥」號的小行星探測器，它在兩年多的飛行時間裡就一直使用電推進系統進行輔助航行，累計工作了15800個小時，產生了1400米每秒的速度增量，僅消耗燃料22公斤。在完成採用返航時，在其他化學燃料發動機和姿態控制器發生故障的情況下，「隼鳥」號更是獨立依靠尚能運轉的離子電推進系統進行軌道修正，最終保證了「隼鳥」號於2010年6月成功返回地球。

日本「隼鳥」號探測器

此次，「實踐」十三號高通量通信衛星能夠首次採用電推進系統還真得感謝它的前輩「實踐」九號民用技術試驗衛星。早在2012年，我國自主研製成功的電推進系統就搭載在「實踐」九號上進行試驗，經過長達一年的在軌飛行試驗，專家認為該系統已經能獨立承擔起衛星在軌運行任務，這才有了今天「實踐」十三號即將為我們帶來高質量移動交通網路服務的福音，我們在這裡也祝福「實踐」十三號在太空一切順利！

本周的空少問答小課堂到這裡就結束了，咱們下周見！

留言區·精選

@？夢、演繹

原理:電推進系統採用的是氙離子推力器，對太陽能帆板轉化來的電能做高電壓處理，用上千伏的電壓將氙氣在真空中電離推進劑並加速噴出產生推力，從而獲得調整衛星軌道的能力。 優勢:1、使傳統的化學燃料貯箱變得更小，攜帶更少的推進劑，節省出來的空間和重量，可以裝更多的科學設備，極大的提高衛星的有效載荷比，從而提升衛星空間活動的經濟效益和太空探索的效率。 2、與傳統的化學燃料推進劑相比其具有比沖高，推力小的特點，節約衛星的發射成本，延長衛星在軌工作壽命。

@許懷濤

電推進系統，也稱電火箭發動機，是一種不依賴化學燃燒就能產生推力的設備。它的優點是不再需要使用固體或液體燃料，省去了複雜的儲罐、管道、發動機燃燒室、噴管、相應冷卻機構等，能大幅減少航天器的燃料攜帶量。

@ 魏萬千

電推進系統的原理是利用電場或磁場加速帶電粒子，使其從噴口噴出，利用產生的反衝力來推動飛船。電推進系統的能量來自電能，而化學推進器的能量來自工質本身的化學能，由於電推進系統的有效排氣速度遠遠大於化學推進器，根據齊奧爾科夫斯基火箭方程可知，在同樣的速度增量情況下，電推進所耗費的工質遠遠小於化學推進系統，因此提升了飛船的有效載荷。目前電推進系統的缺點是推力太小，限制了它的應用。

@春子弄墨

電推進系統，是一種不依賴化學燃燒噴射推力就能產生髮射推力的設備。它跟化學推力相比，其優點是不再需要使用固體或者液體燃料及其燃燒過程，省去了複雜的儲罐、管道、發動機燃燒室、噴管、相應冷卻機構等等，能大幅減少航天器的燃料攜帶量，所以它也被稱做電火箭發動機。而且，實際上電火箭發動機追其本查溯源，它已經有100多年的歷史了。只是運用於火箭發射的推理產生的稍晚一些而已……

感謝大家的支持，我們下期再見！

國家空間科學中心微信公眾訂閱號（ID：nssc1958）

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！