如何看待我国首款牛级霍尔推力器研制成功？ 第1页

在长征五号发射成功之后，我在专栏里头写了这篇文章，介绍了离子推力器的小小的历史：

然后如果你们看完了的话，会有个疑问：

苏联呢？美国人搞了个离子推力器，苏联人去干什么了？？？

本来想鸽一段时间写写苏联人在干什么，然而这两天这个新闻的刷屏，让我不得不提前一小下，以答案的形式更新苏联人的工作。

苏联人在这个时间搞稳态等离子体推进器（Stationary Plasma Thruster, SPT）。

而稳态等离子体推力器的另一个名字，就是霍尔推力器。

而霍尔推力器，与离子推力器的工作原理十分相似，都是靠电场对离子进行加速，从而得到极高的排气速度，继而大量提升比冲，但霍尔推力器与离子推力器的结构与电离的方式存在很大的区别。

离子推力器的结构，从宏观上来说，是前级的电离室+后端的稳态静电场来实现的，其主要的加速作用靠末端的静电场来实现。

在霍尔推力器中，末端的空心阴极（离子推力器中的空心阴极在前端）与前端的阳极放电室自发形成了一个电场。空心阴极产生的一部分电子会自发向阳极迁移用于维持放电，另一部分则与离子推力器的中和枪作用一致，保持排出工质的电中性。

注意，在阳极室中，离子已经在电弧作用下完成了电离，而由于电弧的存在，霍尔推力器因此被叫做“等离子体推力器”而不是“离子推力器”，虽然里面加速的工质从某种程度上而言，是完全一样的（比如加速氙离子）

但是，放电产生的离子会向四面八方散逸，那么需要进行约束。在霍尔推力器中，磁极沿着轴向呈梯度变化的趋势，越靠近尾部越强；且构建了内外两个磁线圈，形成了指向圆心的磁场。

【讲了这么多，霍尔呢？？？】

你看，如果仅仅需要满足前面的要求的话，就没有必要构建一个环形的磁场了，而霍尔推力器的磁场是环形的，唯一的要求就是满足霍尔效应。

这个霍尔效应，正是来自于我们前面讲到的，流向阳极的电子。

我们知道，霍尔效应是电流流过磁场后，会产生一个电势差。

那么在本例中，电子由于质量极小，会在这个环形的磁场中作近似圆周运动，这不仅可以防止其与阳极室产生的正离子发生碰撞从而中和（正离子质量大，不易偏转），还能够产生闭环霍尔漂移，进一步约束与加速从阳极室中产生的等离子体！

这就是为什么它被叫做“霍尔推进器”的原因。

实际上我们可以认为，霍尔推力器的加速电场与磁场进行了耦合，磁场与电场不是独立存在的，而是互相交融的，而离子推力器相对而言界限比较分明。

这个霍尔推力器最早在上世纪60年代由苏联专家莫洛佐夫（A. I. Morozov）发明出第一代，而到了20世纪90年代，他跟另一位专家Bugrova又带来了第二代霍尔推力器，进一步优化了磁场强度分布，约束加速的工质。美国人也在上世纪60年代展开了对霍尔推力器的研究，但后来由于种种原因，改为支持离子推力器的研究。

苏联人在搞出了离子推力器之后，很快将其投入了使用。

1972年，一颗“流星-1”（Meteor-1）气象卫星首次应用霍尔推力器，比起直到1997年首次应用的离子推力器早了足足25年。他们看到霍尔推力器是好的，就继续深度开发，大量应用。如今，数百台霍尔推力器安装在数十个俄制空间载荷中，发挥着重要的作用。

NASA看到俄罗斯人耍霍尔推力器十分开心，还看到90年代第二代霍尔推力器的问世，当即发挥了“拿来主义”的精神，重新开始了对霍尔推力器的研究。不仅如此，他们还引进了一整套霍尔推力器技术，并在其基础上进行深度创新，最终转化为具有自主知识产权的，具备核心竞争力的霍尔推力器产品（喵喵喵？这么熟悉？）

比如NASA-457M，这台功率50kw，具有接近3N推力的怪物。

而美国最大推力的霍尔推力器的功率更是达到了102kw，推力5.4N。

我国对霍尔推力器的研究起步较晚，大致也是90年代至世纪初才上马相关研究。

与美国雄厚的积累不同，我国在霍尔推力器研究上的底子薄，资金少，任务重。但即便是这样艰苦的条件下，依旧有一群人在默默地负重前行。

我们在庆贺国产的霍尔推力器终于突破了牛级大关的时候，也要继续保持进取。

因为航天是一项重要的系统工程，霍尔推力器的推力越大，需要的能耗也越高，配套的PPU如果无法满足需求的话，仍将面对“有枪无弹”的境遇。霍尔推力器从中等功率到大功率，依旧存在着需要大量解决的问题。

霍尔推力器的指标除了推力之外，还有比冲。当前我国的霍尔推力器比冲依然存在增长的空间，如果比冲能增长，需要消耗的工质的量也将相应减少，可以增加更多的载荷，飞向更多的目的地。

前路漫漫，道阻且长，我们依然需要继续奋力前行。

恭喜恭喜！牛Xplus。

我做一个简单的科普吧。尽量让大家可以看懂。

首先，霍尔推进器，不是一种无工质推进器，别误会了。是有工质的，一般携带几十公斤吧。

目前的用途呢，主要就是让近地轨道的卫星别掉下来。

原理呢，简单的说：能量来源是电能，用到了霍尔效应。用强磁场和电场产生一个定向的电子流，这里面涉及高中就学到的洛伦兹力，总之，电子会向一个方向喷射。

但是电子几乎无质量，这种喷射没什么反作用力的。

于是，就在这个小房间里，放入了惰性气体-氙气（但其实氙气在稀有气体里算很活泼的了），让高速电子流撞击这个氙气，把氙气变成等离子体。

这个氙气一旦带了电，就会被磁场加速甩出去，于是，反作用力就形成了。（根据评论纠正，主要是被电场甩出去的）

喷射这种等离子体很难的，所以一直都是毫牛级别，这次的进步极大。

传统的化学推进器，无论用煤油、液氢、甲烷、偏二甲肼...都是燃烧喷出大量的高速气流，超大马力化学推进器，爆发力非常强劲，效率低，持续时间短。

那么，为啥要用这种推力的东西呢？

主要就是效率高，可以高达50%以上的效能。而且，用途主要是校轨。比冲可以高达5000秒。

我们的很多卫星，都在400km以上的高空，甚至同步卫星位于地球上面3.6万公里之上的位置，几乎是绝对的真空，永远也不会掉下来。

（经评论区老哥改正，高轨卫星也需要这东西，也是校轨用）

但是，有的诸如间谍卫星、遥感卫星等，由于种种原因，必须在200km高度待着，这样离地球近一些，看得清楚嘛...

这种高度的地球，还存在极为微薄的大气，如果卫星没有了动力，就会被极其微薄的大气层不断减速，被迫降轨，几个月就会被拖进大气层，然后坠毁，所以，必须要有霍尔推进器。

分享一个实际应用：from @太空精酿

我们可以简单的认为大推力的霍尔推进器，可以支持卫星在更低轨道稳定存在。也可以在卫星遇到轨道问题时，机动性能更好。

至于转化功率，这个不需要吐槽。太空中，所有东西都不可再生，唯有电可以。卫星上几十平米超高转化率的太阳能电池板，最不缺的就是电。消耗的这些氙气，比冲十倍于化学推进器

那么，到底在世界上处于什么水平呢？

我们的这一款，效率高达70%，已经是世界一流水平。虽然还不及美国，但是我们的科研人员，花了那么少的钱…做到这一步，已经无比厉害了。

（看琪琪说美国可以做到5.4牛顿，我们任重而道远呢，很负责的说，上面的琪琪的那篇回答比我专业得多，琪琪是这方面的博士生啊…我是业余爱好者…我是警察啊…嗯，找我咨询法律问题不收费的哦…）

不过，科研人员牛X！

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