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天和核心舱点火画面曝光,霍尔推进器哒哒哒冒蓝火,好像星际战舰

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航天信息港

2022-01-12 16:16

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我国“天和”核心舱已经入轨工作快8个月了,先后迎来了神舟12和神舟13两批共6名航天员入驻。而在运行过程中,为了躲避太空碎片和美国“星链”卫星的威胁,它已经多次点燃发动机,进行变轨机动。近日,网上曝光了“天和”核心舱在轨点燃霍尔推进器的画面,哒哒哒冒着蓝火,像极了星际战舰。

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霍尔推进器冒蓝火,像不像星际战舰?

据介绍,我国“天和”核心舱大柱段的底部附近,每侧安装有2个霍尔电推发动机,再加上4台轨控发动机和22台姿控发动机,它们足以保证空间站在轨道运行上的安全。而相比传统的化学燃料发动机,霍尔电推发动机具有非常明显的优势。

底部红框内就是霍尔推进器

比如有数据统计,为了克服近地轨道稀薄的空气阻力,维持轨道高度,国际空间站每年需要消耗约4吨燃料。如果遭遇太空碎片等意外情况,需要进行额外变轨时,一年消耗的燃料会更多。而这些燃料都需要由俄罗斯“联盟”号载人飞船和“进步”号货运飞船送上去,为国际空间站进行太空加油,美国的“龙”飞船和“天鹅座”飞船目前还没有这个能力。

西方飞船还补充不了燃料,只能靠俄罗斯

从成本上算,将1公斤的重量送到300到400公里的近地轨道,差不多需要10万元人民币,4吨燃料就是4个亿,霍尔推进器可以节省掉这笔钱。同时,使用霍尔推进器之后,由于需要的工作介质很少,可以省掉很多装燃料的空间,这些空间可用于改善航天员的生活环境和增加机柜。正因为如此,我国空间站在拥有众多实验设备,总容积不如国际空间站的情况下,居住空间却非常富裕。

点火前的霍尔推进器

点火后的霍尔推进器

所谓霍尔电推发动机,是指一种利用磁场限制电子的轴向运动,并使推进剂电离,有效地加速离子从而产生推力的发动机,它也叫霍尔效应推进器、霍尔推进器,霍尔推进器能够将排出的工作介质,加速到每秒10至80公里的超高速度。一般来说,霍尔推进器产生的推力并不大,差不多只能吹动一张纸,但它的点火时间长,长年累月积累下来,也是非常可观的。

以往的霍尔推进器只能吹动一张纸

但是,从“天和”核心舱的画面来看,我国空间站使用的霍尔推进器喷出的蓝火较大较粗,估计产生的推力不会小。再加上它的腔体采用了由中国科学院金属研究所研制的氮化硼陶瓷基复合材料,并且首次设计了包括控制驱动器、霍尔电推进发动机气瓶等设备可由航天员出舱进行更换维修的方案,所以独创性很强。

严格来说,天和核心舱并非我国首个应用霍尔推进器的航天器

实际上,我国对相关技术和应用研究并不晚,时间大概在1994年,是继俄罗斯、美国和欧洲之后,第四个掌握霍尔电推进技术的国家,并在随后研制了国内首台霍尔推力器、首台多模式霍尔推力器和首套霍尔电推进系统。2020年,完成了我国首台20千瓦大功率霍尔推力器点火试验,其成功研发让我国霍尔电推力实现了从毫牛级向牛级的跨越。

我国第一台霍尔推进器

“天和”核心舱装备的就是类似的大功率霍尔推进器,这是什么概念呢?马斯克“星链”使用的霍尔推进器,输入功率范围为1.35千瓦至10千瓦,推力为40到600毫牛,我们是它们的2到15倍,更何况,“天和”核心舱上有4台。这样的推力,虽不足以驱动空间站进行紧急变轨,但平时一直开着,哒哒哒一直冒蓝火,维持轨道高度是足够了。

不同的工作介质,会呈现出不同的颜色

当然,更厉害的是2017年NASA测试了X3霍尔推进器,功率达到了100千瓦,推力达到创纪录的5.4牛。

X3霍尔推进器

现在,我国的霍尔推进器只是在近地轨道上使用,未来,随着它的推力不断增大,以及可控核聚变、离心重力舱等技术的成熟,一部咱们中国人走向深空,进行星际旅行的壮丽史诗正在开启大幕。

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