霍尔推进器其实不新鲜

霍尔推进器其实不新鲜5 月份升空的 X-37B 任务没有再裹上厚重面纱，此次 美国直接宣布， X-37B 的主要使命是在空间对新型霍尔推进 器进行测试。一时间关于霍尔推进器的关注度激增，其实这 种推进器虽然可称为新概念推进器，但其实算不得新鲜。霍尔推进器得名于 1879 年美国物理学家霍尔发现的霍 尔效应，它是一种通过电场来加速推进介质的离子推进器。 霍尔推进器先通过磁场捕捉并加速电子，然后用它们使推进 剂离子化，并利用电场加速离子来产生推力，最后在尾焰里 对离子进行中和。通过这种方式，霍尔推进器可以把离子加 速到每秒1018千米喷出，许多型号的离子喷射速度可达 1530千米/秒，比冲高达1 5003 000秒。霍尔推进器使 用的推进剂并不唯一，但最为常用的是氙气，其他推进剂则 包括氪、氩、铋、碘、镁等。美国和苏联很早就意识到了霍尔推进器的潜力，自上世 纪 60 年代起，两国分别对此展开了研究。但美国后来中止 了研究，而苏联则率先开发出实用型SPT和DAS两个系列产品。 1971 年 12 月发射的苏联探测器上，就装上了 SPT-50 霍尔推进器，主要用于稳定卫星姿态。自那时起直到上世纪90 年代末，苏联 /俄罗斯航天器上总计使用过近200 个霍尔 推进器，其中一些仍在工作，据说从未发生过故障。第一代SPT推进器中，SPT-50和SPT-60推力分别为20和30微牛。 1982年推出的SPT-70和SPT-100推力分别为 40和83微牛。 俄罗斯时代，一批功率更大的霍尔推进器相继投入使用。苏联解体后的 1992 年，美国从俄罗斯获得了霍尔推进 器，此后美国和欧洲一些航天器也开始应用。鉴于这种推进 器的高可靠性和简单结构，美国、法国、意大利、日本等国 都加大了研究力度。 2003 年欧空局发射的“智慧” 1 号 （SMART-1 ）月球探测器就安装了霍尔推进器，这是霍尔推 进器首次进入月球轨道。 2010年 8月美国发射的军用先进极 高频通信卫星上采用的 Aerojet BPT-4000 型霍尔推进器，是 第一种安装在实用太空设备上的美制霍尔推进器。 BPT-4000 额定功率 4.5 千瓦，算是进入太空的霍尔推进器中功率最大 的，除了帮航天器调整姿态， BPT-4000 还能让它们提高轨道。其实高中物理知识就能讲清楚霍尔推进器的基本原理。 它的核心就是一个利用高压电极构建的轴向电场和一个利 用线圈构建的内辐射状磁场。当电子流从外环的负极和内环 的正极流动时，就会受到强大的内辐射状磁场作用，在内环 以圆周运动方式高速“狂奔” 。此时就该推进剂登场了，它 必须拥有两个特点，首先是体重要够格，也就是原子量要够 大，其次是比较容易离子化。科学家们选用最多的是氙气。 他们把氙气释放机构安装在正极附近。当中性的氙气被释放 后，氙原子与环道里高速疯跑的电子会频繁“撞车” ，被撞 飞电子成为正离子。带正电的氙离子马上也在电场的作用下 加速，达到 15 千米/秒以上的速度，比冲达到 1 500 秒以上， 这比固体和液体火箭发动机数百秒的比冲可强大多了。霍尔推进器产生的推力根据其功率水平有所差异， 1.35 千瓦级的大约能产生 83 微牛推力，实验室里大功率霍尔推 进器曾产生过 3 牛顿的推力。 2009 年时， 霍尔推进器的喷射 速度最高已接近 50千米/秒，效率可达45%60%，隹力40 600 微牛。虽然推力非常小，但在太空微重力和微阻力环境 下，这种推进器依然可以缓慢改变航天器的姿态，而且寿命 较长，特别适合高价值太空战略资源。目前霍尔推进器大多 用来调整卫星轨道和姿态，如果发展顺利，能做出超高能的 霍尔推进器，在宇宙里对飞船实施长期缓慢加速，也许它真 能成为新一代无人飞船的主发动机。责任编辑：武瑾媛