不用燃料劑，改用電推進(jìn)，科幻推進(jìn)器是怎么工作的？

天宮空間站是中國自主研發(fā)建設(shè)的大型空間站，預(yù)計(jì)會(huì)在2022年前后建成，天宮空間站的建造標(biāo)志著中國的航天事業(yè)從此邁入了“空間站”的時(shí)代。

這個(gè)可以長期駐留3人的大型空間站涉及到了很多先進(jìn)的航天技術(shù)，而其中最具有科幻色彩的莫過于它的推進(jìn)器了。天宮空間站使用了先進(jìn)的電推進(jìn)技術(shù)，這種電推進(jìn)器從外觀上看起來極具科幻色彩，像極了科幻電影中宇宙飛船上的裝備，那么到底什么是電推進(jìn)呢？我們還是要從頭說起。與電推進(jìn)相對(duì)應(yīng)的就是傳統(tǒng)的化學(xué)動(dòng)力推進(jìn)器了，我們將火箭送上天，使用的就是這種方法，而且在可預(yù)見的未來很長一段時(shí)間里，我們?nèi)匀灰捎眠@種方法將地球上的東西送到太空中去。從物理學(xué)上來講，化學(xué)動(dòng)力就是通過燃燒推進(jìn)劑，向后拋出物質(zhì)，火箭向后施加了一個(gè)作用力，就必然會(huì)受到一個(gè)大小相等方向相反的反作用力，于是，火箭就飛上天了。

化學(xué)動(dòng)力推進(jìn)雖然一直在使用，但它的弊端卻是一目了然，我們都看過火箭升空的視頻資料，那可真是非常壯觀，然而壯觀是壯觀，但在壯觀的外表之下，真正被送上太空的東西卻是少之又少。

一個(gè)火箭有多重呢？以中國的長征5號(hào)B運(yùn)載火箭為例，它的起飛重量達(dá)到了837.5噸，這可真是一個(gè)大家伙，那么這個(gè)大家伙能夠把多少東西帶上天呢？它的近地軌道運(yùn)載能力大概在22噸左右。這就相當(dāng)于一個(gè)200斤的壯漢，最多只能夠攜帶小半個(gè)西瓜出門。化學(xué)動(dòng)力火箭的運(yùn)載能力為何如此不堪？其實(shí)這也是沒有辦法的事情。任何擁有質(zhì)量的物體都具有引力，而地球是一個(gè)質(zhì)量很大的家伙，它的質(zhì)量約為5.965X10∧24千克。

地球這么重，引力自然小不了，所以要到太空中去，就必須先要擺脫地球引力場(chǎng)的束縛，而要擺脫一個(gè)引力場(chǎng)的束縛，就必須要達(dá)到一定的速度。

比如要使物體進(jìn)入近地軌道，那么就必須要達(dá)到第一宇宙速度，也就是每秒7.9千米，為了達(dá)到這個(gè)速度，就必須要在火箭之中裝載大量的化學(xué)推進(jìn)劑，然后通過燃燒這些推進(jìn)劑來產(chǎn)生高速射流，進(jìn)而產(chǎn)生推力，使得火箭能夠在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的速度。這些推進(jìn)劑在燃燒產(chǎn)生推力的同時(shí)，自身也在這個(gè)過程中被快速地消耗掉了，于是火箭的重量就減輕了，升空的速度也就變得更快，在一邊飛一邊扔的過程中，火箭就達(dá)到了進(jìn)入近地軌道所需要的速度。所以火箭雖重，但都是可以被消耗和扔掉的東西，真正能夠帶上天的是少之又少。

正是由于化學(xué)動(dòng)力推進(jìn)存在著如此明顯的缺點(diǎn)，所以科學(xué)家們一直在研究其它的推進(jìn)方式，于是乎電推進(jìn)就應(yīng)運(yùn)而生了。

電推進(jìn)的核心原理與化學(xué)動(dòng)力推進(jìn)器是一樣的，都是依靠向后扔?xùn)|西，從而產(chǎn)生反作用力來加速，只不過扔的東西不同而已。目前主流的電推進(jìn)器有三種：電磁式推進(jìn)器、電熱式推進(jìn)器和靜電式推進(jìn)器，而其中最有名氣的就是靜電式推進(jìn)器了，它的典型代表就是霍爾推進(jìn)器。那么霍爾推進(jìn)器的工作原理是怎樣的呢？它向后扔的是什么，又是怎么扔的呢？

1879年，物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流垂直于外磁場(chǎng)通過半導(dǎo)體時(shí)，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)，進(jìn)而在半導(dǎo)體的兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象被稱之為霍爾效應(yīng)。如果你不太明白霍爾效應(yīng)是怎么回事，也不要緊，記住就好。

霍爾推進(jìn)器是一個(gè)能夠產(chǎn)生霍爾效應(yīng)的裝置再加上一個(gè)發(fā)射電子的電子源，電子源發(fā)射出的電子會(huì)因?yàn)榛魻栃?yīng)而形成一個(gè)環(huán)狀的電子束，此時(shí)只需要向霍爾推進(jìn)器中輸入少量的氙氣，環(huán)狀電子束中高速運(yùn)動(dòng)的電子就會(huì)使氙氣發(fā)生電離，電離后的氙離子會(huì)在磁場(chǎng)的作用下向后噴出，從而產(chǎn)生推力。

現(xiàn)在問題很明顯了，霍爾推進(jìn)器向后扔的就是離子，而扔的方式就是通過霍爾效應(yīng)。很顯然，因?yàn)橄蚝髧娚涞闹皇请婋x后的離子，所以只需要非常少量的推進(jìn)劑就可以持續(xù)工作很長的時(shí)間。不過霍爾推進(jìn)器單位時(shí)間內(nèi)扔出的離子是有限的，所以推力不大，一般只有幾牛，如果是在地球上，恐怕連一本書也推不動(dòng)，所以我們并不能指望電推進(jìn)可以帶著火箭上天。但將它應(yīng)用于空間站或其它已經(jīng)處于太空之中的航天器，還是可以的。因?yàn)橛钪鎺捉婵?，所以只需要非常微小的推力，就可以通過不斷累加使得航天器擁有很高的運(yùn)行速度。

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