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台湾小明

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发挥优势,相互配合为了提高离子电推发动机的性能,航天工程师们又提出了霍尔效应发动机和磁等离子体力学发动机的设计。这两种发动机的共同特点是,不再像静电离子发动机那样使用有形的栅格网来加速离子,而是在发动机中构造无形的交错电磁场,利用电磁力加速粒子,从而能在一定程度上提高发动机在单位时间内能够喷出的推进剂总量,使电推发动机获更高的瞬时推力。例如,霍尔效应发动机的阴极在发动机喷口处射出电子,这些电子与发动机内部的阳极共同产生了指向发动机喷口的电场。当推进剂进入发动机室后,首先被电离成等离子体态,即电子与离子相互分离,电子和离子都可以自由运动,但整团气体整体上仍然呈现电中性的气体态。之后,质量较大的离子在指向喷口的电场作用下向外加速,与喷口处的电子会合后形成中性气体被喷出。而电子则在电场及与其垂直的磁场的作用下绕着发动机中心旋转,形成霍尔电流。这些电子旋转的同时还会向阳极漂移,闭合整个发动机的电流回路。同时,电磁场造成的霍尔效应迟滞了电子的漂移速度,避免了发动机电路短路。而磁等离子体力学发动机则把阴极移动到了发动机的中心,阳极则是发动机四周的圆柱金属壁。阴极和阳极间形成的电流感应出了磁场,同时还和电流一起对等离子体施加往向外加速的洛伦兹力。在这两种发动机中,推进剂以整体上呈现电中性的等离子体态存在,而发动机中电磁场与洛伦兹力的产生利用了等离子体的物理性质,因此这两种发动机也被统称为等离子体发动机。霍尔效应发动机的研发最早起源于苏联。上世纪七十年代,苏联的流星1-10、流星1-18等卫星就已经开始应用霍尔效应发动机进行辅助轨道位置。而美国、欧洲等西方国家对霍尔发动机的设计制造则是进入21世纪之后的事。2016年11月3日,长征5号首飞成功,将实践17号卫星送入预定轨道。而这颗卫星的成功在轨验证了我国自主研制的世界首套磁聚焦霍尔电推进系统,标志着我国在等离子体发动机的研发上走到了世界前列。磁等离子体力学发动机则仍处于实验室研究阶段,试验表明它的推进效能可达霍尔效应发动机的10倍。未来,功率达到100KW以上的磁等离子体力学发动机有希望通过太空核裂变产生的电能,实现更强劲的太空推进。

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