大国重器!揭秘“天和号”核心科技,霍尔推进器为何被外网吹爆?
【大国重器!揭秘“天和号”核心科技,霍尔推进器为何被外网吹爆?】你见过明明推力只有80毫牛 , 却能推动整个天宫空间站的黑科技吗?这样的黑科技堪称大国重器!甚至在未来能让人类离开太阳系进军宇宙 , 它就是霍尔推进器 。 那么接下来就由我来为大家科普一下 , “天和号”的核心科技霍尔推进器吧!
我们都见过火箭升空的画面 , 那种熊熊燃烧的尾部火焰让人们记忆犹新 , 这种火箭是依靠化学燃料点火后喷出燃烧气体 , 从而产生巨大的推力 。 你们不知道的是 , 这种推进方式是钱学森先生在回国之前 , 在美国的NASA中研究出来的 , 这种推进方式就是传统的化学火箭 , 至今仍然被用在现在的各个运载火箭上 。 虽然它不过时 , 但存在着巨大的缺陷 。
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这种传统的化学火箭上限太低了 , 一眼就能望到头 。 我们先来简单解释一下火箭在太空中是如何推进的吧 。 在上学的时候 , 我们的物理课上都会教一个叫牛顿第三定律的知识点 , 简单点来讲就是 , 你如果向后推物体 , 你就会受力而向前运动 。 就像在划船是一样的道理 , 你往后拨船桨 , 船就会向前滑动 。
而在太空中飞行的火箭周围是没有其它物体的 , 如果想向前进 , 就必须拿自己身上的一部分往后扔 , 用力把自己的一部分扔出 , 就会获得一个反向作用力 , 这就是火箭的原理 。 但是作用力和反作用力是相等的 , 如果想让火箭飞得更远 , 那就必须要扔更多的物体 , 要想让火箭飞得更快 , 那就得以更快的速度扔物体 , 这就是我们现在常用的一般的化学火箭运行原理 。 我们人类从发明火箭到现在 , 一直都是用这个老方法 , 更新换代也只不过是装载了更多的燃料 , 并且想办法以更快的速度扔出罢了 。 总有一天 , 人类在这一条路上将会走到尽头 。
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我们的火箭利用率实际上非常的低 , 就拿现有的最大的火箭“土星五号”来说吧 , 还未点火起飞时总重量共有3000多吨 , 但是经过燃烧 , 推进 , 扔货 , 最后到达月球时就只剩45吨的一小部分了 , 相当于有效荷载只有可怜的1.5% 。 如果将来人类想要发射一个重达100多吨的空间站到地球同步轨道上 , 那么火箭本身的自重就要达到10000吨左右 , 目前的所有的火箭发动机根本就飞不起来 。
不光如此 , 火箭的飞行速度也是一道难关 , 这方面就需要靠发动机的发展了 , 但是即使现在最快的火箭发动机 , 最快也只能勉强达到5千米每秒 , 再快基本就很难实现了 , 就算是未来人们的科技有了新的发展 , 在理论上最快也只能达到10千米每秒 , 就这还只是发动机燃料喷射速度 , 还不是火箭的飞行速度 , 还要计算阻力和损耗 , 就以这样的速度 , 人类到达除了火星之外的行星都够呛 。 即使是火星 , 到现在人类想要去一趟也要花费将近十个月的时间 , 就是因为燃料有限 , 只能让它慢慢地飘过去 , 时不时地用燃料推进一下 。 这些种种因素都是人类进军宇宙的绊脚石 , 简直是一眼就能看到极限 , 传统化学火箭的未来就是这么绝望!如果人类想要走出太阳系 , 进军宇宙的话 , 这种传统的化学火箭是必须要淘汰的 。
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而将要取代传统化学火箭的 , 就是离子发动机的衍生物——霍尔推进器 。 相信大家对霍尔这个名词有点熟悉吧 , 没错 , 这也是在上学的时候 , 物理老师讲过的——霍尔效应 。 如果你还是想不起来 , 那我再提示一下 , 霍尔效应是使用左手定则判断的 , 还有霍尔效应传感器 。 1879年 , 美国物理学家霍尔在实验室中发现 , 当电流垂直于外磁场通过导体时 , 在导体垂直于磁场和电流方向的两个断面之间会出现电压 , 这个电压叫做霍尔电压 , 而这个现象就叫做霍尔效应 。 霍尔推进器就是霍尔效应的衍生物 。
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