电动航天推进

✍ dations ◷ 2025-08-16 05:47:20 #电动航天推进

电动式推进是指利用电力或磁场作为航天器的动力。这系统大多采用加速电离子的技术。

比冲越高代表效率越好,亦即可以用相同质量的燃料产生更多的动量。因为电动发动机比化学燃料火箭有更高的排气速度,所以比化学燃料火箭消耗更少燃料,但由于能源所限,其推力会比化学燃料火箭弱得多。虽然电动助推器的推力较少,但推力却可维持一段很长的时间。经过长时间后,电动发动机能加速到一个相当可观的速度,因此电动发动机比化学燃料火箭更适合于深太空任务。

目前,电动式推进发展已相当成熟,已广泛应用于各种太空任务上。俄罗斯的卫星已经采用电动推进有几十年,预计到2020年,一半的新型卫星将完全采用电动式推进。到2019年,在太阳系运行的500多个航天器将采用电动推进系统。其系统除了作为它们的主要动力外,亦会用作固定航天器在轨道上及轨道提升等功能。而日后所发展出电动发动机更可产生每秒100公里的速度增量(Δv)。虽然这速度能使航天器(且是核能驱动)前往至太阳系外围的星球,却还不足以进行星际间的穿梭。理论上,电动式推进如能搭配外部能源(透过激光方式传送动力)运作,是有可能进行星际穿梭。由于电动式推进产生的推力不够强,所以并不适合用于火箭从地球发射上太空的过程。

此一形式的发动机利用喷出离子作为动力来源。有别于一般火箭发动机,由于并不需要喷管,所以并不被视为真正的火箭发动机。离子发动机基本上等同于粒子加速器,原理是将离子从排气口喷气出去以产生动力。目前知名的粒子加速器并非用作助推器,主要是用在研究及工业上,为科学测量及核散裂反应(nuclear spallation) 或离子注入 (ion implantation)等研究作出贡献,如欧洲核子研究中心使用大型强子对撞机进行的基础物理研究。

根据用于加速离子的作用力种类,航天器所使用的电动助推器可分为三种:

任何装置藉库仑静电力产生加速度作为动力,皆属于静电式推进,包括:

电热式推进指仪表透过产生等离子令推进剂加热,并通过实体喷管或磁场喷管,将推进剂的热能转化为动能。通常采用低分子量气体(如氢、氦及氨)作为推进剂。

电热式发动机通过喷管将热能转化为分子的直线运动,以成为自身动力,可视它为火箭。

虽然电热式发动机在比冲(ISP)方面的表现并没有特别突出(500到1000秒),仍比冷气体助推器、单组元发动机及大部分的双组元发动机优秀。苏联曾于1971年起采用电热式发动机,包括苏联制的“Meteor-3”、“Meteor-Priroda”、“Resurs-O”系列的卫星,以及俄制的“Elektro”卫星。目前洛克希德·马丁(Lockheed Martin)的A2100卫星正采用由洛克达因公司(Aerojet)制造的电热系统MR-510,并以联胺作为推进剂。电热式助推器包括:

电磁式推进指仪表利用离子加速,即离子受到劳仑兹力或电磁场作用(其电场与离子加速的方向不相同)影响,作为飞船动力。电磁式助推器包括:

光子助推器意指仪表透过发射光子产生推力。详见以下页面:

电动缆索是一条很长的导线。如将一条缆索连接上一个特定的卫星,它就能以发电机的电动原理运作,将动能转化为电动,或以发电机的原理运作,将电动转化为动能。当缆索在地球的磁场中移动,便能产生电势。电动缆索采用什么种类的金属导线取决多个因素,主要包括其导电性及低密度性。次要因素则是金属的价格、强度及熔点。详见以下页面:

除上述的非离子式驱动形式外,还有数个推进方式曾经被提出,但尚未清楚这些方法能否在现今所知的物理规则下实现,包括:

电动推进系统亦可以分类为稳定输出型(能于指定时间内持续地产生动力)及非稳定输出型(以脉冲方式喷气达到预期推力)。事实上,这分类方式不只可应用在电动推进系统上,亦可以应用在任何推进形式的发动机上。

由于电动式发动机的动力相当有限,因此产生的推力比化学燃料发动机更少,其推力差距甚至高达好几个数量级。并且化学燃料火箭产生动力的方式快而直接,电动系统却需要多个程序才能产生动力。然而在同等的推力下,电动式推进能以较少燃料,为航天器带来可观的航行速度,这一点相对化学燃料发动机占有极大优势。化学燃料发动机只能于很短的时间内运作,并大多只会于惯性轨道(inertial trajectory)上航行。当接近行星时,电动火箭虽然没法提供足够的推力使飞船脱离星球的表面,但长时间性的低推力却可以令飞船在星球附近的地方航行。

相关

  • 法国悖论法国悖论是一个流行语,此一词语最早出现在1980年代,是在描述一种似乎矛盾的流行病学观察:法国人饮食中的饱和脂肪相对偏高,可是其冠状动脉心脏疾病(CHD)的发病率却相对偏低,这和普
  • 美国大奖赛美国大奖赛(United States Grand Prix)是自1908年开始举办的一项汽车赛事。其前期为一项独立的大奖赛赛事,而在1950年成为世界一级方程式锦标赛的一个分站。F1美国大奖赛一共
  • 炭疽乐队炭疽乐团(英语:Anthrax)是美国的鞭击金属乐团,1981年由节奏吉他手史考特·伊恩(英语:Scott Ian)与贝斯手丹·利尔克(英语:Dan Lilker)成立于纽约市。炭疽是鞭击金属的领导乐团之一,他们
  • 三峰站三峰站(韩语:삼봉역)是朝鲜民主主义人民共和国咸镜北道稳城郡三峰劳动者区的一个铁路车站,属于咸北线。咸北线
  • 星球大战 (游戏)《星球大战》(英语:Star Wars,台湾译作“星际大战”)是一款由雅达利制作和发行的街机游戏。本游戏于1983年5月在北美地区发行。游戏是最早的第一人称太空射击游戏。玩家的在游戏
  • 弗洛努滕山坐标:71°47′S 11°17′E / 71.783°S 11.283°E / -71.783; 11.283弗洛努滕山(英语:Mount Flånuten)是南极洲的山峰,位于东部南极洲的毛德皇后地,属于洪堡山脉的一部分,海拔高度
  • 十八罗汉 (马来西亚私会党)‘十八罗汉’,马来西亚私会党-黑社会组织。‘十八罗汉’与十八,四海华青,小华记和十三等一样,属华记(Wah Kee) 派系之一。活跃于巴生河流域和彭亨州等地方。
  • 张全蛋赖宇恒(1991年7月27日-),中国喜剧演员、网络红人,广东阳江人,于2014年起在《暴走大事件》中扮演原创角色张全蛋一角被大众所熟知。实际上他也是《暴走大事件》的编剧。2014年,赖宇
  • 澳大利亚动物协会澳大利亚动物协会(英语:Animals Australia)是澳大利亚一所为动物提供保护的机构,该机构致力于调查和揭露虐待动物现象。同时它也是40多个澳大利亚动物权利组织的代表。澳大利亚动物协会成立于1980年,该机构前身是由彼得·辛格和克里斯汀·唐纳德(英语:Christine Townend)创办的澳大利亚动物协会联盟。1986年来自新西兰的动物保护组织获邀加入此后该组织成为澳大利亚与新西兰动物协会联盟。该澳大利亚-新西兰联盟在2005年终止,现在该机构仅使用名称“澳大利亚动物协会”,此名称在二十世纪
  • 圣伊莱尔迪阿库埃圣伊莱尔迪阿库埃(法语:Saint-Hilaire-du-Harcouët,法语发音:.mw-parser-output .IPA{font-family:"Charis SIL","Doulos SIL","Linux Libertine","Segoe UI","Lucida Sans Unicode","Code2000","Gentium","Gentium Alternative","TITUS Cyberbit Basic","Arial Unicode MS","IPAPANNEW","Ch