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火狐全站app:为科研团队点赞!我国霍尔推进器功率破记录有望赶超美国

{发布时间:2022-10-07 07:56:51来源:火狐体育最新官网登录入口 作者:火狐体育下载链接

  最近,我国又造出了一款顶级神器——HET-450单通道霍尔推进器,推进功率达到105千瓦,创造了世界纪录!

  据国内媒体报道,兰州空间技术物理研究所大功率霍尔电推进技术获得重大突破,在地面试验中,单通道霍尔推进器(HET-450)以氙(Xe)为工质最大功率到105kW,持续测试时间为8小时,最大推力达到4.6N,以氪(Kr)为工质最高比冲超过5100s,标志我国在大功率电推进技术领域内,百千瓦级霍尔推力器性能达到国际先进水平,并实现了单通道霍尔推力器比肩美国3通道X3霍尔推力器(最大功率102kW,最大推力5.4N)的技术水平!

  1、电热式:其中电热式主要是利用电弧加热电离气体,并且将其加速喷出,比冲为700~1000秒。

  2、静电式:静电式则是利用栅极提取阳离子,然后利用加速电场将其加速,比冲为8500~20000秒。

  3、电磁式:主要有霍尔推进器和磁等离子体推进器两种。霍尔推进器是基于霍尔效应产生正交场放电形成等离子体,然后利用静电场对离子加速而利用磁场约束电子运动。而磁等离子体推进器则是利用脉冲放电的方法使得推进剂电离然后利用洛伦兹力对其加速。电磁式推进器比冲为5000~25000秒。美国和苏联在电推进器领域走了两条不同的道路,美国主攻离子推进器,而苏联则偏向于霍尔推进器。

  其中,霍尔推进器是一种利用“霍尔效应”,在半导体的两端产生电势差,从而对电离的工质产生加速产生类似于火箭发动机的反冲推力。这种推进器具有比冲远超现有火箭发动机的优势,还具有长寿命、环保、高安全性的优点。当然劣势也很明显,那就是推力非常小,根本无法替代传统火箭发动机用于火箭发射。

  后来,经过长期实践,美国发现还是霍尔推进器更好,于是也转向研发霍尔推进器。

  试验表明,要想产生1牛顿的推力,所需的电功率要达到10千瓦~25千瓦的电功率,甚至更高功率。

  虽然霍尔推进器的推力很小,但它的比冲非常容易做到3000秒以上,甚至5000秒以上,相当于传统火箭发动机比冲的10倍以上!比冲越高,加速卫星、探测器达到同一个速度所需的燃料越少。在太空微重力真空环境下,霍尔推进器非常适合用于航天器的姿态调整和轨道调整。例如我国的天和号核心舱自重达到22.5吨,但仅配备4台推力为80毫牛的LHT100霍尔推进器就能满足姿态调整和轨道调整需求。

  据了解,国际空间站的推进器采用的是化学燃料喷气推进,缺点是效率很低,每年国际空间站需要消耗4吨多化学燃料。如果采用霍尔推进器,每年推进剂消耗将降低至不到400公斤。对于昂贵的航天发射成本来说,可以极大节省航天发射费用。

  如果改用霍尔推进器,入轨后的航天器甚至仅需不到原来1/10重量的燃料就能达到原来的效果。这将极大降低航天器的整体重量。这意味着同等重量的航天器,采用霍尔推进器的航天器可以执行更多任务,或者执行更遥远的深空探测任务。

  美国科学家计算表明,如果采用大功率电推进器,探测器仅需4个月就能到达火星,而采用传统火箭发动机作为动力的探测器却需要8个月甚至1年才能到达火星。

  为了探测月球和火星,美国计划为探测器安装大功率霍尔推进器,我国也同样有这样的计划!

  在2020年初,中国首款20千瓦大功率霍尔推力器才刚刚成功完成点火试验,实现了我国霍尔电推力器推力从毫牛级向牛级的跨越。然而,谁能想到,仅2年之后我国就直接造出功率达到105千瓦的单通道霍尔推进器,打破此前美国的纪录。这速度简直就是开挂!

  霍尔推进器功率或者推力想要做大并不容易,据了解,此前世界上功率最大的霍尔推进器是美国于2009年开始研制,至2017年研制成功的X3霍尔推进器,测试中,其最大功率达到102千瓦,最大推力达到5.4牛顿,比冲为3000秒。资料显示,X3霍尔推进器是一款具有三个同心嵌套放电通道的100kW级霍尔推进器,其直径为80厘米,自重230公斤,设计最大功率达100千瓦。

  那么我国的HET-450霍尔推进器相比美国的X3霍尔推进器有什么优势呢?

  目前我国的HET-450霍尔推进器初步测试都能达到105千瓦,今后很可能还将继续提升。美国X3霍尔推进器起初的测试功率为98千瓦,后来才提升至102千瓦。这意味着我国这台霍尔推进器比美国的X3霍尔推进器大至少3千瓦。

  按照此前美国公布的数据,X3霍尔推进器采用Xe作为工质时的比冲约3000秒。而我国的HET-450霍尔推进器采用Kr作为工质时的比冲则高达5100秒!仅比冲这项就比美国的X3霍尔推进器高70%!

  通过上述对比,我们发现,我国的HET-450霍尔推进器关键参数已经超过美国的X3霍尔推进器,这是一个值得中国人为之骄傲的里程碑成就!

  国内媒体报道称,大功率电推进是我国先进宇航动力领域的战略方向,其中,大功率霍尔电推进具有推功比高、推力大的突出优势,是目前最接近空间应用的国际主流大功率电推进技术路线。我国的科研团队经过多年坚持不懈的努力,战胜重重挑战、解决了10余项国际公认的技术难题,掌握了多项拥有自主知识产权的核心技术,有望实现我国在大功率霍尔电推进技术领域的“弯道超车”和“国际引领”,将为我国载人登月、在轨服务等航天强国建设的里程碑式任务顺利实施提供关键技术支撑。

  电推进器非常关键的一个指标是寿命,由于推力太小,相比传统火箭发动机,想要达到同样的速度增量,电推进器需要多百万倍甚至千万倍的工作时间。因此,电推进器测试时间常常要长达数年时间,仅仅测试8小时的HET-450霍尔推进器还远谈不上完全成功,还需要看能否通过后续长时间测试。如果今后HET-450霍尔推进器能够通过长时间测试,那就意味着我国的电推进器技术已经完成“弯道超车”!

  最后,预祝我国的HET-450霍尔推进器能够顺利通过后续所有测试,早日引领世界!


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