技术突破！我国霍尔推力器研究开发再添“利器”

  在各种令人震撼的科幻电影中，我们时常看到人们驾驶着先进的飞行器，尾部喷着蓝色的荧光，穿梭在无垠的星空之中，勇敢地探索着那浩瀚宇宙的无穷奥秘。电影艺术家们可以凭借无限的想象力，描绘出人类征服星辰大海的壮丽画卷。然而，对于科学家们来说，他们则必须以严谨的态度和不懈的努力，小心求证每一个设想，逐步将科幻电影中的设想变为现实。

  要遨游太空，动力是其中的关键。在这其中，霍尔推力器扮演着重要的角色。它以独特的原理和卓越的性能被科学家们称为“星际航行的动力”。近日，航天科技集团六院霍尔推力器试验室顺利完成建设和调试，我国的霍尔推力器的研究开发再添“利器”。

  这些霍尔推力器产品，用于我国空间站的轨道维持。在我们空间站上一共有4台这样的产品。还有比较小的像只有2斤左右，这个能运用在中小型卫星上。

  在太空中，航天器想要移动方向或者改变速度需要一个推动力，这个推力就由推力器来产生。传统的推进器是使用化学燃料，通过燃烧产生高温度高压力的气体，向后喷出气体获得反作用力。但这种方式的比冲比较低，对于燃料的消耗量很大。为了更好的提高比冲和效率，科学家们发明了一种新型的推力器，叫做霍尔推力器。它是用美国物理学家霍尔命名的，利用离子加速来产生推力。

  航天科技集团六院801所电推进系统部副主任产品师张岩介绍，工作时阴极模块首先产生一个电子，电子在阳极的高电压下加速，在放电室碰撞电离来产生等离子体，高速喷出去的离子束流会产生一个反作用力，就可以产生需要的推力。

  火箭要获得推力需要往后不断喷射气流。简单地说，单位时间内，喷射的气流越多推力越大，喷射的气流越快推力越大。

  传统的火箭发动机带很多燃料，最后靠燃烧获得动力，把燃烧后的气流喷射出去。而霍尔推力器走的却是另外一条路，它以电流为动力，把质量极低的离子以极高的，接近光速的速度喷射出去。与现在使用的各种火箭发动机不同，霍尔推力器工作时尾部并没有火焰，而是发出蓝莹莹的光芒，极具科幻感。

  在太空中，电力易得、燃料难寻。使用霍尔推力器作为航天器的发动机，太阳能帆板或者核反应堆可以产生源源不断的电力，而用于产生离子的物质消耗非常低。比冲是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数。在工程上，比冲的单位习惯使用秒来表示。霍尔推力器的比冲非常高，在星际航行中能大显身手。

  在航天科技集团六院801所，张岩和同事们正在对霍尔推力器进行产品验证试验。他介绍，传统的化学推力器已经很成熟，但是有明显的劣势，最大的缺点在于比冲低，从而在执行任务时，需要携带大量的燃料。

  张岩介绍，化学推进的比冲基本上在200秒—300秒，采用霍尔电推进之后，比冲就能够达到化学推进的5—10倍，燃料就可以少带5—10倍。

  除了比冲高，减少航天器所携带燃料的重量之外，霍尔推力器的推力比较小，所以能做到精确可调。以空间站为例，核心舱上搭载了4台80毫牛的霍尔推力器，80毫牛的推力只能让1张纸不掉落。但是，在真空环境下，却能让几十吨的空间站保持运行轨道。

  张岩介绍，空间站长时间运行会产生一个阻力的作用，需要电推或者一种推进方式来给它做一个推力补偿，把它维持在它运行轨道上去，而不是逐渐降轨。用化学推进器因为推力比较大，譬如说几牛、几十牛，稍微工作一下有可能就推过了。电推或者霍尔电推，有一个好处是推力比较小，可以精确调节。

  除此之外，霍尔推力器还有结构相对比较简单、可靠性高的特点。现在，霍尔推力器已经成功地应用在我国多颗航天器上，国际上也已经把霍尔推力器作为航天器的一种主流推进方式。

  目前，全世界很多国家都在开发更先进的霍尔推力器。不久前，在西安的航天科技集团六院霍尔推力器试验室顺利完成建设和调试，它的重要功能就是验证霍尔推力器的可靠性，将成为中国研制新型霍尔推力器的重要科学基础设施。

  在航天科技集团六院，研制人员建立了一套将数字化技术方法和霍尔推力器试验系统深层次地融合的自动化的试验系统，也就是“黑灯实验室”，实现了全周期24小时无人值守的试验模式转型。

  相比于传统的使用化学推进剂的发动机，霍尔推力器一定要通过连续长时间的工作来达成目标。跟着时间的增长，产品的寿命会逐渐下降，要想摸到它的极限寿命，就需要对霍尔推力器进行不间断长时间试验。

  目前，霍尔推力器的推力还比较小，只用于真空环境中。不过，我国已经实现嵌套式霍尔推力器技术突破，这也为研制更大推力的霍尔推力器打下了基础。随技术的持续不断的发展和成熟，霍尔推力器将来会有更广泛的应用空间。

  就在不久前，航天科技集团六院801所研制的50千瓦级双环嵌套式霍尔推力器成功实现点火和稳定运行，标志着我国变成全球上第三个实现嵌套式霍尔推力器技术突破的国家。这也为未来霍尔推力器在同等体积下实现更大推力打下了基础。

  张岩介绍，目前，霍尔推力器未来的发展趋势主要是在现有推力基础上向两边拓展，一个是更小的功率满足中小卫星甚至是微小卫星的应用，另外一个是更大的功率，来满足未来的大型卫星、大型的深空探测任务的需求。

  除了大功率之外，霍尔推力器还在朝着多模式的方向发展，来满足未来一颗航天器不同阶段的任务需求。

上一篇:美国逆天发动机GE9X带给中国的冲击

下一篇:【白皮书说】全球民用航空发动机政策分析及研制进展