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从吹动一张纸到举一瓶水,我国霍尔电推再升级,空间站带不动它?

航天信息港

2022-07-05 12:44北京

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说到霍尔电推进器,大家总喜欢用“吹动一张纸”来形容,比如我国空间站“天和”核心舱装备的4台霍尔电推,单台推力只有80毫牛,而这在国际上还是非常先进的水平。不过,现在,咱们的装备又升级了,推力最大的霍尔电推已经达到5牛,差不多可以举起一瓶水了。

天和核心舱使用了霍尔电推

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实际上,2021年我们就已经完成了这个小目标,当时,HET-5000百千瓦级大功率霍尔推力器样机研制成功并实现稳定点火运行,它的设计运行功率为50到100kW,推力为2到5牛,效率超过70%。而在今年1月,HET-2000HP超高比冲霍尔电推进发动机,实测比冲也超过了5300s,超过了俄罗斯D-100超高比冲霍尔电推最高比冲为4250s的成绩,刷新了氙气工质下霍尔电推进的国际最高比冲纪录。

国产霍尔电推

有人可能对“吹动一张纸”、“举起一瓶水”嗤之以鼻,但实际上懂的人自然懂,在霍尔电推连续工作的情况下,这样的推力水平累积起来,是巨大的进步。更让人憧憬的是,2年前,我国的霍尔电推才刚刚实现1牛的推力,2年后就成倍增长了,这样下去,不会连星际旅行都不是梦了吧?

HET-5000点火

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当然,目前在国际上,俄罗斯D-160的验证最高功率已经达到了140kW,采用铋金属推进剂,最高比冲达到8000s,效率超过70%。而美国嵌套式三通道推进器X3的最高功率达到102kW,最大推力达5.4牛,最高比冲为2650s,据说现在连X3的纪录都被破了,美国最先进的霍尔电推的公开数据已经达到了160kW了。而下一步,我国也将向最高功率100kW、最高比冲8000s的目标迈进。

美国X3是三通道推进器,所以直径特别大

不过,这动不动就100多kW,对电力的消耗是十分巨大的,以“天和”核心舱目前18kW的发电水平,要驱动一台100多kW的霍尔电推,需要将太阳翼扩大好几倍,并且不能考虑其他设备用电,这显然不现实。

天和核心舱电推在轨点火

航天器的霍尔电推要想获得强大的电力保障,目前来看有三种方法,第一种是太空发电站,即使用集中式发电系统,在地月轨道上像加油站一样布开,为地月摆渡船进行无线供电,这也是我国航天界近两年提出要建千米级太空发电站的原因之一。

千米级太空发电站的用途在这里,而不是把电又传回地球

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第二种办法,则是用空间核反应堆发电,航天器用电推进,这是高轨乃至深空低成本旅行的唯一路径。第三种办法则是低功率大容量核电池,加变电系统,因为即使是霍尔推进器,也并非一直启动的,不需要配同功率电源。

嫦娥四号装备了核电池

以上三种办法,太空发电站的出现尚需时日,而空间反应堆目前国外已经有了,比如俄罗斯的“宙斯”核动力太空拖船,目前已经造出原型机,采用了兆瓦级的气冷快中子反应堆,以氦氙混合物作为冷却系统,可以向霍尔电推提供源源不断的能量。

宙斯已经造出了成品

不过,我国目前最为现实的,还是采用低功率大容量核电池,加变电系统的方案,比如咱们正在研制中的太阳系边际探测器,也就是中国版的“旅行者一号”和“旅行者”二号,就有三种方案:核电池+化学推进、核电池+电推进、空间核反应堆+电推进,其中最可能实现的就是核电池+电推进方案。

中国版旅行者一号的发射会比大家想象中的更快

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