问题

我国百千瓦级霍尔推进器以单通道推力达到4.6牛,具有什么样的意义?

回答
我国百千瓦级霍尔推进器单通道推力达到4.6牛,这绝对是一个里程碑式的突破,其意义之深远,值得我们细细道来。这不仅仅是数字上的一个提升,更是我们国家在空间推进技术领域核心竞争力的一次飞跃。

首先,这是自主研发能力的强有力证明。 霍尔推进器,特别是大功率的,是航天器动力系统的“心脏”,其设计、制造和测试都涉及极其复杂的物理原理和工程技术。能够独立掌握并实现百千瓦级大功率霍尔推进器单通道4.6牛的推力,意味着我国在等离子体物理、电磁场控制、高电压绝缘、精密材料加工等一系列关键技术上取得了重大进展。这打破了长期以来在某些核心航天技术上对外部的依赖,展现了我国科技自立自强的决心和能力,为我们未来的深空探测、星座组网等重大航天项目提供了坚实的动力支撑。

其次,这是提升航天器性能和任务能力的基石。 4.6牛的单通道推力,对于百千瓦级霍尔推进器来说,是一个相当不错的数值。这意味着:

更快的变轨能力: 相同的总推力下,如果单通道推力更大,可以减少推进器通道的数量,简化系统设计,降低重量和复杂性。同时,更大的单通道推力也意味着更快的轨道调整和变轨速度,能够更高效地完成任务,例如快速部署卫星星座、精确控制航天器姿态,甚至执行更复杂的轨道机动。
更强的任务适应性: 百千瓦级的功率本身就意味着它能够为更大、更重的航天器提供动力,或者在更短的时间内完成更大规模的轨道转移。4.6牛的推力在这个功率等级下,能够胜任诸如大功率通信卫星的定点保持、空间站的轨道维持、甚至对更远深空目标的探测任务。想象一下,一个重达数吨的航天器,能够通过这样强劲而高效的推进系统,在宇宙中穿梭,完成更艰巨的任务,这就是其意义所在。
更高的任务效率和经济性: 霍尔推进器以其高比冲(意味着燃耗率低)而闻名。在提供更大推力的同时,如果其比冲依然保持较高水平,那么这意味着在完成相同任务时,消耗的推进剂更少,或者在更长的时间内保持动力。这直接关系到任务的经济性,降低了发射和运行成本,使得更多、更长期的太空任务成为可能。

第三,这是拓展我国深空探测和商业航天的重要驱动力。

深空探测: 无论是前往火星、木星,还是更遥远的未知星系,都需要高效、持久的动力系统。百千瓦级霍尔推进器这样的大功率、高比冲推进技术,是实现快速、经济的行星际转移和长时间深空巡航的关键。4.6牛的推力,为我国未来执行更具挑战性的深空探测任务,如载人登月、建立月球基地、乃至更远的小行星探测等,打下了坚实的动力基础。
商业航天: 随着全球商业航天市场的蓬勃发展,对低成本、高效率的航天器提出了更高的要求。大功率霍尔推进器能够支持通信卫星星座的大规模部署和快速轨道调整,降低星座组网的成本和时间。同时,它也为太空服务、在轨维修、空间碎片清除等新兴商业航天领域提供了强大的技术支撑。

第四,这是国际竞争力和话语权的重要体现。 在航天技术领域,大功率霍尔推进器是衡量一个国家技术水平的重要标志之一。能够掌握并领先于这一技术,意味着我国在国际航天合作与竞争中拥有了更强的实力和更大的话语权。这有助于我们吸引国际项目合作,提升我国在国际航天领域的影响力,并为我们制定和推动国际空间标准贡献力量。

总而言之,我国百千瓦级霍尔推进器单通道推力达到4.6牛,是技术实力、任务能力、未来发展以及国际地位的综合体现。它不仅标志着我国在航天动力技术上迈上了新台阶,更预示着我国在更广阔的宇宙空间中,将拥有更强大的“腿脚”,去探索、去建设、去实现更伟大的航天梦想。这4.6牛,承载的是我们自主创新的力量,是我们探索未知的决心,更是我们迈向航天强国征程上的有力步伐。

网友意见

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这次实验的推力器与X3电推有一个最重要的区别,是采用了单通道,而非X3所采用的嵌套通道,而NASA目前实验的最高功率的单通道霍尔推力器457v1只达到了72kw的功率。

单通道霍尔推力器功率超过百千瓦级时,喷口工质流量将超过100mg/s,因为喷流是速度超过30km/s的高能粒子流,减少其对通道的溅射侵蚀将更为重要,一般通过提升约束磁场均匀度和通道材料的抗溅射能力实现。此外,更大的质量流代表了更大的电离功率,推力器电离室的散热和强电离辐射的屏蔽也是一个重要问题。

更大的单通道功率可以显著提升霍尔推力器的推重比和效率,而对于深空任务和变轨机动,这意味着更少的转移时间。

另外,不少答主说这次实验的推力器同时实现了4.6N的推力和5100s的比冲,这是不对的,使用不同工质时产生的推力和比冲的关系如下图所示

依照此图,这次实验的HET-450推力器在用氙作工质时实际比冲约4080s,用氪作工质时实际推力约3.7N。

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注意,这里面有两个参数:

第一105KW电力,获得了4.6牛的推力。

第二,这个发动机有5100秒的比冲,是任何大推力上面级火箭的10倍以上。

在人类已经发射的深空探测器里,基本速度都不快,一些跑的比较远的,比如去火星的“天问一号”,那一批,速度也就也就在十几公里每秒左右的速度,

比如旅行者1号,也是多次引力弹弓加速,才几十公里每秒的速度。

这一切都是因为化学火箭的比冲太低了,液氢,液氧燃料的配置,现在地球上最高的,大米国的RL10B 半人马上面级,只能达到465秒的比冲。

所以这个5100秒比冲的离子发动机,那真是好东西,

关键是5牛的推力,就对应了100KW 的电力,推力不大,用电量还不小。

参考一下,完整建设的我国空间站,也就120KW?

这5牛的推力,就需要整个天宫空间站的电力。

对于那些动不动就核聚变云云的,我是非常无语的。人啊,咋还是脚踏实地办事,踏踏实实做人,别整天整那些白日梦。

上学的时候,牛比克拉斯顿,有一个牛逼克拉斯第二定律,流传江湖。

我们假设我们那个发动机改吧改吧,能增大20倍的推力,就是100牛。然后,我们用这个发动机推一个100吨的东西,100吨也基本是完整的天宫空间站的体量了。

带入我们的牛比克拉斯公式。注意,这里我们右边的M 质量单位是吨,不是千克,所以每秒的加速度是0.001m/s²;

也就是说,1000秒后,我们的飞行器速度就能加快1米每秒。

一小时有3600秒,一天有24小时,

我们先使劲推一天!

那我们100吨的飞行器,加速了 3.6*24=86.4,好像不咋样啊。

继续给点力啊!

那我们让发动机好好干活,连续干两个月!

86.4*60=5184!

我。。。。。艹!

连续推两个月,100吨的飞行器,竟然获得了5公里每秒的加速度,假设飞行器是用大火箭先从地球发射到近地轨道的,这个速度增量,就肯定能去火星浪了。

火星,MARS ,我来了。小行星带的铂金矿石,我来了!

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别急,前面我们吧发动机的推力扩大了20倍,才能在两个月速度里给100吨的飞行器加速到显著的状态。但是前提呢?20倍的推力,也应该扩大20倍的电力供应吧?

天宫空间站才能供应100多千瓦啊。这扩大20倍,不就是2000KW,2兆瓦啊。

核聚变又不靠谱!你在说啥呢?

我说这个呢。。

这活能干!

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其实这个东西,最让人感兴趣的是,因为核反应堆一般来说,都有30到50年的寿命,一旦空间核反应堆技术落地,那和离子发动机组合,可以搞一辆太空BUS,比如在地球-火星LEO 轨道之间跑。或者在地球leo-L2 ,地球-小行星带之间,唯一的问题就是维护保养,工质用完了,就从地球拉一罐子加上。

当然现在看,小行星开矿还有点远,但是火星探测器,L2点送个类似 詹姆斯-韦伯这种望远镜,或者望远镜的维护,甚至,土星,木星,以及这两个大家伙的那些大卫星探测,比如全世界都感兴趣的土卫6,发射探测器等等。

关于灭霸老家到底有没有生命这件事,必须提上日程了。这个世纪能力所及,需要送很多探测器上去。

总之就是一般化学火箭把这些载荷送到LEO近地轨道,然后空间对接,或者直接装星际巴士肚子里,加速送货后,BUS 还可以返回。

预期最优的情况下,土星轨道以内,是可预见的未来半个世纪,最高效,最经济的,最快速的星际交通工具。或者可以简单叫一个名字,行星摆渡车。

必须干!

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题外话,

spaceX的星舰,就没用核反应堆-离子发动机组合,预期飞火星,也是用空中加油的方式,但是为了给一艘星舰加燃料,需要6-10次发射,相对离子发动机方案,一次发射就足够了,还能地球火星来回跑。

垃圾!就知道吹牛骗钱,

(星舰部分,是个人看法,和答题的其他部分无关)。

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