中国研制出“史上最强”离子发动机?为何它是大国必争之地!

瞭望智库 2016-01-15 10:01:54 本文作者:塞尼本网编辑:

据港媒报道,近日中国研制出了世界上最强大的离子喷气发动机,加速度提高了至少30%,并将成为世上首个在高环地轨道卫星上测试最新技术的国家。

消息真假未经证实,不过库叔还是想带你来了解下离子喷气发动机到底是什么?

而离子喷气发动机这么一个自带高冷炫酷光环的高科技产品大概长这样:

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再对比一下传统的喷气发动机:

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在外观上就已经赢了好吗!

别看这两种发动机长得不太像,其实他们本质上都是“喷气发动机”的一种,利用的是作用力和反作用力的原理。

传统的喷气发动机是怎么发射火箭的?原理和这只乌贼的运动方式差不多:

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:

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!

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。

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!

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:

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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。

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。

而其他国家也早已踏上了应用离子发动机的探索之路:

1998年,美国发射的深空1号进行行星际任务,一直到2001年12月,深空1号的离子发动机才关闭,所携带氙气仅消耗90%。探测器无线电接收机仍然保持开启,以备将来人们再想和它进行联系。

2005年,日本“隼鸟号”小行星探测器在完成了人类史上第一次从小行星上采集样本的壮举之后,燃料突然泄漏,与地面控制中心失去联络长达近2个月,据说当时项目组束手无策,甚至集体参拜神社祈祷。结果正是利用了离子发动机才得以恢复通信。

2007年,美国发射了黎明号小行星探测器,七年之后终于到达“太阳系活化石”——谷神星的轨道,成为首个造访矮行星的探测器。

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。


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