80毫牛推力，竟可推动180吨空间站？中国霍尔推进器强大在哪

　　开头
　　推力只有80毫牛，在地面上差不多就只能吹动一张A4纸，却在太空中竟能够推得动180吨的天宫空间站？
　　这种不可思议的推进器，就是霍尔推进器。
　　这玩意早在上个世纪就已经研发成功，但这次却是第一次被中国人运用到载人航天器里面，那么它到底有多厉害？霍尔推进器
　　霍尔推进器的名字源于其对霍尔效应的应用，早在1879年，美国物理学家霍尔在研究金属的导电机制时发现了一种电磁效应。
　　当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向，会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差。
　　换句话说，就是带电粒子在磁场中运动时，会受到某种作用从而引起偏转。
　　就好比一条路，本来大家是均匀地分布在路面上，往前行走。当有磁场时，人群可能会被推到靠右边行走。
　　后来基于这个现象，科学家们又发现，把一些特殊电子放到环形放电室中，让它们与推进剂发生碰撞之后，会出现电离现象，并形成大量的等离子体。
　　而这些等离子体在霍尔效应的作用下，被迅速加速，并且其在电场中高速喷出时，还能够产生一定的推力。
　　于是离子推进器的雏形就出来了。
　　又过了几十年，1959年美国NASA的哈罗德考夫曼（HaroldKaufman）成功研制出来了这种推进器，其电离室的电离方式采用最为简单粗暴的电子轰击，直接利用空心阴极产生的电子束流，将工质的电子轰击出去。
　　只需要很少的能量就能把东西推动起来，NASA觉得大有可为，于是加班加点的想让其能够早点运用起来。
　　经过NASA工程师的不断努力，终于在1998年，美国发射了深空一号探测器，首次将离子推进器作为卫星的主要动力，成功完成了对小行星及彗星的探测任务。
　　发动机自重只有8公斤，仅携带82千克氙就进行了20个月的飞行。
　　那霍尔推进器呢？别急，它的工作原理与离子推进器十分相似。
　　都是靠电场对离子进行加速，从而得到极高的排气速度，继而大幅度提升比冲（每单位推进剂生成的力量），但霍尔推进器的结构与电离方式比离子推进器要更加高级先进。
　　比如霍尔推进器的磁场是环形的，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，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！
　　也就是说，它的加速电场与磁场是在一起的，变得更加巧妙高效；而离子推进器是独立的，电场是前端部分提供的，而磁场是后端部分提供的。
　　在这个过程中，需要加入氙、氪等作为工质。因为它们相对于其他物质而言，更容易与电子发生碰撞并电离，其次是电离后不易产生腐蚀性物质。
　　跟美国不同，苏联走的就是霍尔推进器的路线，世界上第一台实用的霍尔推进发动机就是由苏联人制造的。
　　并且在1972年，苏联还发射了一颗气象卫星流星1，这是世界上第一台安装霍尔推进器的卫星。
　　虽然推力很小，但让世人看到竟然还有如此高科技的技术！
　　美国人这边，一看苏联人玩得飞起啊，心里怪痒痒的，于是离子推进器也不弄了，开始研究起来霍尔推进器。
　　不仅如此，他们还引进了一整套霍尔推力器技术，并在此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进器产品。
　　比如美国目前最大的三通道霍尔推进器X3，它的最大推力为5。4牛。
　　相比于推力可达数百万牛的化学动力火箭发动机而言，实在不能打，甚至给人一种飞不起来的感觉。
　　但太空中是没有重力的，在真空环境下，哪怕推力再小，只要作用的时间足够长，是可以让航天器维持在一定高度的。中国发展
　　我国对霍尔推力器的研究起步较晚，大致也是上个世纪90年代初才上马相关研究。
　　但是我们利用后发优势，加上技术人员的不懈努力，中国的霍尔推进器追赶速度很快。
　　在2022年1月，中国航天科技集团兰州空间技术物理研究所（501所）成功研制出HET450大功率单通道霍尔推进器，其最大推力为4。6牛。
　　乍看下，好像没有美国X3的5。4牛厉害，但是别忘了人家是三通道，也就是三台发动机的组合体；而我们单通道就实现这么多。
　　并且从关键性能指标来看，中国的霍尔推进器已经达到与美国比肩的高度，可以说非常厉害了。
　　再比如咱们中国的天宫空间站吧，其配备了四台纯国产的LHT100型霍尔电推推进器，采用将惰性气体电离并高速喷出的方式产生微弱推力，可以近乎无限时间连续工作。
　　虽然目前推力只有80毫牛，在地面上仅能吹动一张纸，但是在全球范围内已经属于领先水平。而且消耗推进剂极少，未来天宫的货运补给次数相较国际空间站（传统推进方式）会大幅减少。
　　比如中国空间站用于维持高度所需要的燃料，只有国际空间站的120。
　　并且霍尔推进器体积小巧，甚至和家用扫地机器人差不多大，喷射速度却是化学燃烧的十倍。
　　也就是说，只要消耗十分之一质量的工质，就可以获得和化学火箭一样的推力。
　　而且，相较于火箭发动机按秒计算的工作时间而言，霍尔推进器的工作时间将长达数千乃至上万小时，无疑也是相当另类的。
　　此外霍尔推进器最大的优点还在于比冲高，所谓的比冲就是每单位推进剂生成的力量。
　　发动机比冲越高，意味着在相同条件下推进剂能够产生的速度增量越大，发动机效率就越高，有效喷气速度也就越快。
　　如果用重量来衡量燃料，那么比冲的单位就是秒。
　　在现阶段的化学燃料中，比冲最高的氢氧火箭发动机，其比冲最大还没超过500秒。
　　就拿著名的土星五号主发动机F1来说吧，它的单台海平面推力达到惊人的6770千牛，海平面比冲仅为263秒。
　　而中国天宫空间站上使用的霍尔电推推进器，其比冲高达3000秒以上，妥妥的秒杀它！
　　不过，想用霍尔电推来让火箭起飞是不可能的，它的推力小，根本带不动那么大质量的火箭。
　　需要注意的是，霍尔推进器所携带的推进剂实际上并不是燃料，而是工质，它的能量来自电力，需要有强大的电源供电。
　　为此，天宫空间站安装了不少柔性太阳能翼，跟国际空间站使用的机械折叠展开不同，我们这款能让太阳能电池板有更多使用和扩展空间。
　　不仅光电转换效率超过了30，同时电池翼面积也成倍提升，供电能力更强，供电功率达到了100KW，这足够满足霍尔推进器以及空间站内部的日常需求了。结尾
　　在遥不可及的太空，一次性能携带多少燃料就决定了空间站能运行多久。因此，在有限的空间里，携带足够多的燃料就显得至关重要。
　　霍尔推进器的发明，相比传统发动机的好处实在太多了，让人类在航天飞行器领域中不断取得重大进展。
　　如今天宫空间站上使用的这一黑科技，让全球看到了中国航天的强大，也值得我们普通老百姓骄傲自豪。
　　但我们的眼光应该放得更远，未来肯定也会研制出推力更大的霍尔推进器，毕竟我们的目标是星辰大海！