在小说《流浪地球》中,当人类面临提前衰老的太阳吞没地球的威胁时,“地球派”在全世界建起了诸多地球发动机,这些发动机形成了诸多直插天际的等离子体巨柱,发出如日光灯管一样的蓝白色的颜色。这些发动机的工作使地球停止转动并离开之前的公转轨道,踏上流浪之路。
虽然人们目前还不具备制造出足以停止地球转动的这类发动机的本领,但基于同样原理的发动机,早已经在各类卫星上得到了广泛应用,还被认为是未来最有希望担起人类迈向深空重任的发动机。这种发动机就是本文要介绍的主角——离子电推发动机
如果增加发射药的用量,使得弹丸的出膛速度增加,炮身所在的小车将会向后倒退的更快。
目前广泛使用的化学能发动机,都是通过将推进剂中的燃料和氧化剂混合燃烧后再向外喷出的方式,将燃料的化学能转化为动能。在这种原理下,推进剂的喷出速度到达3.5公里/秒后就很难再提高了。这就是使用这类发动机的火箭和飞行器携带燃料的量难以降低的原因。
罗伯特·戈达德加收无愧航天先驱的称号,因为他除了进行了人类史上第一次液体火箭飞行试验外(虽然只飞了56米),还在20世纪初就前瞻性的首次提出了利用电磁场加速离子来推进飞行器的设想。
1998年发射升空的美国“深空一号”(Deep Space-1)试验性探测器使用了基于静电力的离子电推发动机,将戈达德教授的设想变成了现实。这种发动机使用氙作为推进剂。当氙进入发动机室后,其中的氙原子核和电子首先在电场的作用下分离,使氙原子核变成游离的氙离子。
虽然深空一号仅花费了74公斤推进剂,就实现了人类飞行器史上不依靠借力飞行等其他手段而实现的最高速度增量,成功到达了布莱页小行星和宝瑞利彗星,但其瞬间输出的推力很小,仅仅相当于一页纸的重量。但一旦进入太空这种近似真空的环境中,离子发动机就可以利用持续工作的累积效应来完成变轨等任务。
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。
地球的流浪,目的地已经设置到了其他恒星,是深的不能再深的深空飞行,等离子体发动机当然是更高效的选择了。
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