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中国科学家正在改进霍尔推进器,迈出未来太空旅行革命性的一步

北极蚊子 2017-8-20 21:27

霍尔推进器(HTs)又称等离子体霍尔效应推进器,是利用电场和磁场共同作用把电能转换为工质动能的一种推进器,比冲远大于目前其它推进技术,只需要很少燃料就可达到很高的速度。但霍尔推进器推力很小,甚至只能“吹动”一张纸,很难将宇宙飞船推离地面,因而目前只能应用在真空环境的地球轨道卫星上。

霍尔推进器通常使用氙气作为推进剂,中性氙原子的电子在电场中被剥离,形成等离子体,然后经电场力加速后喷出。经过长时间的加速后,霍尔推进器可获得比化学推进快很多的速度,目前已达到每小时11万公里左右,未来甚至可能达到28.8万公里,是长距离太空旅行最有潜力的发动机。一种利用射频发生器的VASIMR等离子火箭,甚至可以推动载人飞船在39天内到达火星。

低功率柱状霍尔推进器(CHTs)是一种小型化的推进器,具有较小的表面体积比,可以有效防止推进器通道因等离子体溅射产生的消蚀。但较低的等离子体气体密度也导致了电离不足,降低了推进器产生的推力。中国哈尔滨工业大学的研究人员已经开发出一种新的通道入口设计,在测试中可以显著增加推力,大大提高了推进器的性能,这一成果本周发表在《等离子体物理学》杂志上。

研究人员利用计算机模型和分析软件模拟了两个喷嘴的等离子体运动,结果表明,只需简单地将喷嘴倾斜,推进器就可以在涡流模式下运行,气体密度得到显著提高,而且更加均匀,有效提高了推进器的性能。在随后的实验验证中,研究人员成功地产生了较高的推力值,特别是放电电压在100到200伏范围时,推进器的比冲增加了1.1%到53.5%。

论文的主要作者魏立秋认为,改变气体注入方法或放电通道的几何形态是提高推进器效能的有效方法,他们还将深入研究喷嘴角度、直径、深度与直径之比以及放电通道长度对推进器的影响,涡流设计将很快在飞行型霍尔推进器上进行测试,最终将可能被应用于未来的太空旅行,为人类进入深空迈出革命性的一步。

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