本帖最後由 ericchou 於 2024-11-25 01:01 AM 編輯
太陽能電力推進器 未來星際旅行必備 可以更遠、更快、更便宜｜太陽能電推｜離子推進器｜霍爾推進器｜X3｜太陽能電力推進器｜馬克時空 第29期
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最近幾年，再次登月、移民火星的字眼不斷出現，不過，現在的化學燃料火箭無法完成星際旅行，更不用提深空探索。為此，NASA在21世紀就提出太陽能電力推進器（SEP）的概念，並有實際任務證明可行，在這兩年又取得重要進展。今天，我就來談談電力推進器和離子推進器的話題。 0:00 太陽能電力推進器 0:30 霍爾效應推進器 2:47 太陽能電力推進器未來星際旅行必備 5:25 衛星姿態穩定推進器 7:44 黎明號小行星探測器 9:53 最強的離子推進器——X3 霍爾效應推進器 電力推進器有很多種，大體可以分為離子驅動和非離子驅動兩大類，目前常用的電力推進器大多是離子驅動的。 離子驅動的電力推進器，又分為靜電式、電熱式和電磁式推進。其中目前最成熟，最常用的就是霍爾效應推進器。 霍爾效應（Hall effect）是指當固體導體放置在一個磁場內，有電流通過時，導體內的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，產生電壓的現象。 霍爾效應推進器利用磁場限制電子的軸向運動，然後利用它們使推進劑電離，有效地加速離子產生推力，並中和噴射出的離子。 太陽能電力推進器 未來星際旅行必備 離子推進器往往放著藍光，在很多科幻電影裡，都能看到放著藍光的龐大飛船安靜快速地離開地面，與現在拖著深灰色水蒸氣緩慢升起的火箭，感覺完全不同。 不過，現實的離子推進器可沒有那麼大的力氣，能把飛船推離地面。目前的離子推進器的推力只有毫牛等級，最大的也不過幾牛頓。一毫牛，就是千分之一牛頓，1公斤的重量相當於9.8牛頓。 這麼小的力道，能推動航天器星際旅行嗎？答案是肯定的。就如同小馬達一樣，在太空中推著飛船慢跑加速。 美國NASA與密歇根大學合作研發的X3離子推進器，是迄今為止最強的離子推進器。X3推進器功率可以超過100千瓦，產生5.6牛頓的推力。這項技術有望在二十年內將人類送上火星。 衛星姿態穩定推進器 牛頓級別的大型離子推進器還沒有實際應用的例子，但作為衛星姿態穩定推進器，各種各樣毫牛級別的離子推進器已經廣泛應用。 目前，很多大型通信和遙感衛星的使用壽命都超過十年，這都是因為使用了離子推進器來維持軌道穩定的。如果使用化學燃料的話，相同重量燃料能使用的時間可能要少一半以上。 最近經常被媒體報導的星鏈衛星，也採用了離子推進器來控制姿態和變換軌道，只是使用氪氣代替了氙氣，雖然效率低一些，但價格上便宜很多。 黎明號小行星探測器 NASA研發的黎明號（曙光號）小行星探測器，由氙離子推進器提供動力，2007年9月發射升空，並在2011年7月進入小行星灶神星軌道。2012年9月5日，黎明號在環繞灶神星的軌道運行1年多後，又飛向另一顆小行星——谷神星。2015年3月6日，黎明號探測器進入谷神星的引力懷抱。 黎明號探測器成為第一台環繞兩顆地外天體運行的航天器，飛行距離超過69億公里。黎明號裝有3個直徑30釐米的氙離子推進器，每台的最大推力是91毫牛，大約相當於拿起一張複印白紙的力量。飛行時使用兩台推進器，另外一個作為備用。 最強的離子推進器——X3 目前最強大的離子推進器，是美國NASA與密歇根大學合作研發的X3離子推進器。經過測試，X3離子推進器功率可以超過100千瓦，可以產生5.6牛頓的推力。 X3的最大特點是使用了嵌套式霍爾電極，X3有多個環，或放電通道。嵌套方法將多個推進通道，以同心圓的方式，排列在一個中心安裝的陰極周圍。 電流圍繞三個不同大小的圓形通道流動，每個通道都產生垂直於電流流動的電磁場。通過增加通道的電壓，磁場更強，從而產生更多的推力。
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