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离子推进系统的推力大概只能吹得动一张纸

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发表于 2018-3-13 16:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 土木乙博 于 2018-3-11 14:13 编辑
冷眼看海 发表于 2018-3-11 08:49
5年当作10年用,中国为这款“史上最强”发动机也是蛮拼的!

2018-03-09 21:29中国

中国研制史上最强离子发动机这意味着什么?

  意味着未来我们的载人飞船可以在更短的时间内到达其他星球,这在未来的太空战争中无疑具有极大的战略优势。小推力、长时间航行的现代太空航行大幕已经开启,离子发动机如果运用在军事领域,将可能成为未来太空战舰和太空侦察兵的动力来源。而中国必将在这一领域显示出自己更为强大的力量。

  文章摘自《瞭望智库》公众号。本文资料来源:喷气推进实验室《疯狂工程》
http://opinion.hexun.com/2016-01-15/181819321.html

传统发动机自带大量的燃料,燃料燃烧加热气体,使其处于高压,并从火箭下面的喷口喷向地面,喷出气体产生的反作用力就能反方向推动火箭朝上运动。
可是我们不仅仅是要让火箭上天,更重要的是让火箭搭载上宇宙飞船,让飞船在漫无边际的宇宙中航行很多年,为此需要携带沉重的燃料,这显然是不现实的。这就需要新型的发动机——离子喷气发动机。

  最大的不同点就在于,传统发动机喷出的是高温高压气体,而离子发动机喷出的则是高速离子流。
所以高速离子流又是什么?

  首先,我们要准备一些惰性气体,常用的是氙气。向氙气施加少量电荷,使其电离,形成离子(所以只有使用惰性气体才不会受电离腐蚀):


  随后我们再对其施加强大的电压(一般是通过霍尔效应产生),带电离子就可以在霍尔电场中加速,以9万英里(14.5万公里)的时速冲出栅格、喷射出去,这就形成了反推力。

综合起来就是这么一个推进系统:


  (propellant supply:推进剂输送;power processing:电源系统;ionization chamber:电离室,ion acceleration electrodes:离子加速电极;neutralizer:中和器;thrust:推力;ions:离子;atoms:原子;electrons:电子)

  更具优势的一点是,传统发动机需要的是燃烧燃料来加热气体,而离子发动机需要的是电力,我们只要在飞船上安装一些太阳能电池板,就可以利用源源不断的太阳能转化成的电能来加速离子了!
(图中巨大的蓝色翅膀就是用于接受太阳能的)


  既然高速离子流的喷射速度那么快、用于加速的电能又几乎是取之不尽用之不竭的,我们为什么还没有淘汰传统发动机呢?

  想想看离子有多小?离子的半径一般只有10的负十次方米!

  因此,即使离子流的速度再高,它的动能也是微乎其微的。实验表明,离子推进系统的推力大概只能吹得动一张纸……

  所以我们是不可能用它将火箭发射离地的。

  但当飞船已经到达了宇宙空间,要开始漫长探险旅程的时候,离子发动机就派上用场了!

  因为即使加速度再小,推上个十年八年,也会达到很高的速度!既然这样的加速无需耗费燃料,我们完全可以等待飞船在太空中慢慢完成它的科研使命。

  而且正因为加速度慢,如果飞船需要精准地对轨道做一点微小调整,用离子发动机是最好不过的了。试想,你骑着自行车穿梭在拥挤的人群中,只有使用轻微的力道,才能准确无误地在人群空隙中拐弯行进。

  不过,要想维持长时间的电力供应,对太阳能电池板的要求也比较高,这也是目前限制离子发动机发展的瓶颈因素。

(图为用核电代替太阳能的想象图,目前还在研发阶段)


  回到这条重磅消息,其实仔细看就会发现一个科学错误!

  原报道中写到“此款离子发动机的加速度可达30公里/秒”,而加速度的单位是“距离/时间的平方”才对!

(加速度应该是这条线的斜率,也就是m/s2)


  所以这里提到的“30公里/秒”应该是离子流喷出的速度。

  那么这一消息到底是从哪儿来的呢?

  报道中提到了一个科研机构,中国航天科技(000901,股吧)集团公司第五研究院502所,在他们的官网上可以查到这样一条官方新闻:

  虽然通篇没有提到离子发动机,但霍尔电推进系统正是离子发动机的一种,从新闻内容可以判断出,502所研制的新一代霍尔电推进技术实质上是对电场加速离子的过程进行了改进,使得其比冲更高,也就是同样质量的氙气能产生更大的冲量。


点评:
中国研制史上最强离子发动机这也意味着我们国家的航天技术得到了飞速的发展,

过去只是跟跑,现在已经开始并跑了,而且有些项目已经处在领跑地位。

最强离子发动机的问世,意味着未来我们的载人飞船可以在更短的时间内到达其他星球,将使人类进入到太空文明的时代。
地球将不再是我们唯一的一个生存之本,未来新生命将诞生于另一颗星球。

有专家曾表示,利用离子发动机推进器能在几周而不是几年内,将人送到火星。
这让我们实现载人火星计划的成功又大了几分。

随着我国探月工程的稳步推进,随着中国研制史上最强离子发动机,
未来适度开展以火星探测为代表的无人行星器深空探测是发展的必然选择,实施载人登月也必将水到渠成。
未来我们实现载人登火星也将会实现。

参考资料:
NASA的艾德·阿斯特拉火箭公司曾表示,离子发动机有望使人类的火星之旅缩短为39天。
离子发动机使用等离子体作为推进剂,利用电流将氢、氦或氘等燃料转化为等离子气体。这些等离子气体被加热到1100万摄氏度后,磁场会将其引导进入排气管,从而推动太空飞船的飞行。在这种火箭的推动下,飞往火星或月球的航天器最高速度将可达到每秒55公里。该公司首席执行官张福林(音译)表示,新发动机将使从地球飞往火星的旅行时间缩短为39天,而目前预测的往返火星的旅程则需要大约3年,其中包括被迫在火星上停留的18个月。

http://scitech.people.com.cn/n/2015/0403/c1057-26792528.html




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发表于 2018-3-13 17:02 | 显示全部楼层
燃料就是惰性气体,也就是工质!所以这个发动机是消耗燃料的哦!传说中的EM DRIVER则不需要工质,但需要电能,太阳系的土星轨道内应该用太阳能就可以了,出了土星轨道太阳能也有问题了
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 楼主| 发表于 2018-3-13 17:02 | 显示全部楼层
出了土星轨道可以用可控核聚变!
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发表于 2018-3-14 08:53 | 显示全部楼层
可以到深空啦
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