天宮已經(jīng)有了霍爾推進(jìn)器，為什么還要往上運(yùn)化學(xué)燃料？

2022年7月24日14時(shí)22分22秒，長(zhǎng)征五號(hào)B遙三運(yùn)載火箭搭載問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射升空。

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的發(fā)射總重量超過(guò)了23噸，其中整艙干重約為21.5噸，另有1550千克的肼類燃料。所謂的肼類燃料實(shí)際上就是我們常說(shuō)的偏二甲肼以及四氧化二氮，它們都屬于化學(xué)燃料。這就令人產(chǎn)生了一些疑惑，眾所周知，化學(xué)燃料重量大、占用空間多，且運(yùn)輸成本高昂，并不是理想的航天動(dòng)力源，而天宮空間站所使用的是LHT-100型霍爾電推推進(jìn)器，該推進(jìn)器所使用的燃料是54號(hào)元素氙，根本用不著化學(xué)燃料，為什么要將這么多的化學(xué)燃料運(yùn)到空間站上去呢？

什么是霍爾推進(jìn)器呢？

霍爾推進(jìn)器是一種靜電推進(jìn)器，而除了靜電推進(jìn)器之外，電推進(jìn)器家族還有電磁式推進(jìn)器和電熱式推進(jìn)器。霍爾推進(jìn)器顧名思義就是利用了霍爾效應(yīng)，霍爾效應(yīng)是由物理學(xué)家霍爾與1879年所發(fā)現(xiàn)的，簡(jiǎn)單來(lái)講就是說(shuō)：當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過(guò)半導(dǎo)體時(shí)，在垂直于電流和磁場(chǎng)的方向會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加電場(chǎng)，因此在半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差?；魻柾七M(jìn)器就是由一個(gè)能夠產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的裝置以及一個(gè)電子源所組成的。在霍爾推進(jìn)器中，電子源所發(fā)射的電子會(huì)因?yàn)榛魻栃?yīng)而形成一個(gè)環(huán)狀電子束，這使得霍爾推進(jìn)器看起來(lái)頗具科幻感。

當(dāng)我們把氙氣輸入到霍爾推進(jìn)器之中時(shí)，環(huán)狀電子束中高速運(yùn)動(dòng)的電子會(huì)使氙氣發(fā)生電離，電離后的氙離子會(huì)高速向后噴出，從而產(chǎn)生推力。

霍爾推進(jìn)器看起來(lái)很是高科技，但明白了原理之后我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)霍爾推進(jìn)器與傳統(tǒng)的化學(xué)推進(jìn)器并沒有本質(zhì)上的區(qū)別，它們都是依靠向后扔?xùn)|西而產(chǎn)生的反作用力向前推進(jìn)。只不過(guò)化學(xué)推進(jìn)器扔出去的是化學(xué)燃料燃燒后產(chǎn)生的高速射流，而霍爾推進(jìn)器扔出去的是電離后的氙離子，而霍爾推進(jìn)器的優(yōu)勢(shì)也就在于此，因?yàn)槿拥闹皇请x子，所以燃料消耗極少，而電又是太空中唾手可得的東西。

如果說(shuō)霍爾推進(jìn)器有什么缺點(diǎn)的話，那就是推力不足。

作用力與反作用力是相等的，既然扔出去的只是一些離子，所能夠產(chǎn)生的推力自然也大不了，通常只有幾牛而已。幾牛的推力，這在地球上基本是什么也推不動(dòng)，但太空就不一樣了，太空沒有阻力，所以只需要一點(diǎn)點(diǎn)的推力就可以使航天器動(dòng)起來(lái)，所以霍爾推進(jìn)器安裝在航天器上是再適合不過(guò)了，且未來(lái)還有發(fā)展空間，在不久之前，我國(guó)的HET-450單通道霍爾推進(jìn)器在地面實(shí)驗(yàn)中就實(shí)現(xiàn)了4.6牛的推力。既然霍爾推進(jìn)器這么適合于安裝在航天器上，而天宮空間站確實(shí)也已經(jīng)用上了霍爾推進(jìn)器，為什么還要運(yùn)送這么多化學(xué)燃料上去呢？

霍爾推進(jìn)器雖然好，但它不是萬(wàn)能的，它的最大缺點(diǎn)還是推力太低，這使得在面對(duì)一些特殊情況的時(shí)候，它顯得有些力不從心。

眾所周知，在太空中存在著很多太空垃圾，而空間站在運(yùn)行的過(guò)程中很可能會(huì)與這些太空垃圾的運(yùn)行軌道發(fā)生重疊，如果這些太空垃圾撞上空間站，那么將會(huì)給空間站帶來(lái)不可估量的損失，此前國(guó)際空間站的機(jī)械臂就遭受了一個(gè)極小太空碎片的撞擊，結(jié)果留下了一個(gè)極為明顯的孔洞。太空垃圾雖然可怕，但其運(yùn)行軌跡是可以提前預(yù)判的，不過(guò)只是提前預(yù)判還不夠，還要能夠及時(shí)躲避。霍爾推進(jìn)器的推力很低，如果要是提前個(gè)把月發(fā)現(xiàn)太空垃圾，還可以躲開，但若只是提前幾天，靠霍爾推進(jìn)器就不行了，此時(shí)就要用上化學(xué)燃料了。

除了躲避太空垃圾之外，在與飛船對(duì)接的時(shí)候，也需要用到化學(xué)燃料。

發(fā)射升空的飛船與天宮空間站的運(yùn)行軌道是存在差異的，為了成功對(duì)接，飛船必須要逐步調(diào)整位置并趕追空間站，這就使得對(duì)接時(shí)間被大大延長(zhǎng)了。但如果空間站使用化學(xué)燃料為動(dòng)力，自行調(diào)整自己的姿勢(shì)和位置，就可以大大縮短對(duì)接的時(shí)間，而這種需要在短時(shí)間內(nèi)快速調(diào)整的任務(wù)，霍爾推進(jìn)器那點(diǎn)微小的推力肯定是做不到的。不過(guò)這一切都只是暫時(shí)的，隨著大功率霍爾推進(jìn)器技術(shù)的不斷突破，未來(lái)我們的航天器還是有可能徹底擺脫化學(xué)燃料的。

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