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為中國航天人點贊!霍爾推進技術獲重大突破,此前全球僅兩國掌握

2024-02-06 03:42:08

中國航天與世界先進水平的差距,在中國航天人的努力下正變得越來越小!近期一項關鍵性的航天技術獲得重大突破,此前全球僅有兩個國家掌握此項技術。

近期,集團六院上海空間推進研究所(801所)的工作人員向外界宣佈,該研究所研製的50 千瓦級雙環巢狀式霍爾推力器成功實現點火和穩定執行,其成功點火併穩定執行,標誌著我國成為了世界上第三個實現巢狀式霍爾電推進技術突破的國家,此前全球僅美國和俄羅斯掌握了這項關鍵技術。

這種雙環甚至多環巢狀式的霍爾推進器,內、外環可以單獨點火,也可以同時點火執行。這種多通道霍爾推進器相比於單通道霍爾推進器,使用起來更加靈活,能夠應對不同的推力需求。

其實,2022年,我國百千瓦級的霍爾推進器就達到了國際先進水平。當時,中國航天科技集團五院 510 所研製的型號為HET-450的單通道霍爾推力器,以氙為工質時,最大功率就達到了 105 千瓦,最大推力達到了 4.6 牛。這款單通道霍爾推進器在效能上已經比肩美國三通道霍爾推進器X3 。

美國X3三通道霍爾推進器的最大功率為 102 千瓦,最大推力為 5.4 牛。這款霍爾推進器就屬於三環巢狀式設計。採用相互巢狀式的設計,就相當於將多個霍爾推進器整合到了一起,在實現更高推力的同時減少了推進裝置所佔的空間。

現在我國也成熟掌握了多通道霍爾推進器的研製技術,稍加時日進行最佳化,就能設計出推力更大、功率更高的多通道巢狀式霍爾推進器,到那時就不是比肩美國和俄羅斯了,而是有可能在技術上比它們更領先。

霍爾推進器是一種應用了霍爾效應結構設計的離子推進器。離子推進器則屬於電推進裝置。離子推進器會先將氙等工質電離,形成等離子體,然後依靠電磁場控制等離子體的運動,將其加速噴出,就能產生推力。

等離子體被電磁場加速後,噴射出的速度極快,因此相比於傳統的化學推進,離子推進僅消耗極少的推進劑,就能讓航天器獲得同等的加速度,所以離子推進具備極高的比衝,推進效率比化學推進高得多。

這意味著,攜帶相同的燃料,離子推進工作的時長比化學推進長得多。正是因為這一優點,所以像霍爾推進器這樣的離子推進器可以應用在需要頻繁變軌的航天任務中,例如我國的天宮空間站就搭載了4臺國產自主研發的LHT-100型霍爾推進器,用來定期給空間站提升軌道高度。此外,霍爾推進器在衛星變軌、深空探測等方面均有應用。

事實上早在上世紀60年代,美國和蘇聯就開始了離子推進器的研究,離子推進器可以說是和化學推進器差不多同時代起步的。那為什麼離子推進器沒有應用在火箭上呢?這主要還是因為它的推力比較小,難以在短時間內提供巨大的加速度。

目前離子推進器只適合在太空等空氣阻力小的環境中應用。在太空環境中,由於幾乎沒有空氣阻力和重力,因此只需要長期地提供極小的加速度,就能讓航天器緩慢地改變運動狀態。

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