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      連雞蛋都推不動的它,為什么能推動50多噸重的中國空間站?

      發布時間:2022-06-18 06:05:36 閱讀次數:

      北京時間6月5日,神舟十四號載人飛船成功對接于天和核心艙徑向端口,3名航天員順利進駐天和核心艙。
       
      由北京航天飛行控制中心拍攝的進駐天和核心艙的航天員陳冬(中)、劉洋(右)、蔡旭哲。
       
      隨著空間站在軌建造階段首次載人發射任務取得圓滿成功,中國空間站已經完成了天和核心艙、神舟載人飛船、天舟貨運飛船的模塊組成。隨后問天實驗艙和夢天實驗艙就會到來,與他們組成中國空間站的“完成體”,以進行較大規模的空間應用。
      連雞蛋都推不動的它,為什么能推動50多噸重的中國空間站?
      其中,在軌的天和核心艙重約22.5噸,天舟貨運飛船帶貨重約13.5噸,神舟載人飛船約8噸,加上未來將要到來的問天和夢天實驗艙,中國空間站總重量可達180噸。
       
      然而這樣一個龐然大物,卻安裝了4臺總推力只有0.32牛的霍爾電推進器,甚至連一枚雞蛋都舉不起來,它的作用究竟是什么?
       
      什么是霍爾電推進器?
       
      相比于從地面運送化學燃料,電能是目前航天器最容易獲得的外部能量,采用電能來加速推進劑,從而產生推力的推進技術稱為電推進。與化學推進系統相比,電推進系統具有噴氣速度高的優點,所需燃料僅為化學燃料火箭的十分之一,而且能源來源是太空中取之不盡的太陽能,推力持續時間長。
      霍爾電推進器的作用是什么?
       
      中國空間站飛行在距離地表大約390公里高的太空中,軌道速度約為7.68公里/秒。理論上,太空中沒有空氣阻力,空間站可以依靠慣性不斷繞著地球做近似圓周運動,即便無動力也不會掉下來。比如我國的首顆人造衛星東方紅一號早就沒有了動力,但52年過去了,它還在太空中飛行。
      然而空間站的軌道屬于近地軌道,那里并非完全真空,其實還在地球大氣層的熱層范圍內,那里的稀薄大氣仍會阻礙空間站的飛行。實際上仍有大量氣體延伸到了距離地球1000公里之外。因此,在390公里高度上的中國空間站仍在稀薄的大氣層中,受大氣阻力影響。
       
      這種阻力帶來的后果是中國空間站的高度正在緩慢下降。據估計,空間站的軌道高度每天會衰減66米,一個月累積起來,高度會下降2公里。
      連雞蛋都推不動的它,為什么能推動50多噸重的中國空間站?
      因此,不論是國際空間站和中國空間站都會定期進行一次軌道提升機動,以補償空間站的下降高度。然而提升機動需要大量的燃料。以國際空間站為例,其總噸位為419噸,為了提升軌道高度,國際空間站為此每年需要燃燒7.5噸的推進劑,需要定期由貨運飛船送推進劑上太空,成本達2億美元。
       
      中國天和核心艙也安裝了4臺2500N的化學推進器,專門用來提升軌道高度。其燃料由天舟貨運飛船定期給空間站補加。算一算也是一筆不小的開銷。
      連雞蛋都推不動的它,為什么能推動50多噸重的中國空間站?
      除了化學推進器,天和核心艙還配備了4臺霍爾電推進器,雖然它們的總推力僅0.32牛,但每天24小時不停地推進,卻能減緩中國空間站組合體下降速度,維持空間站的軌道高度。
      我國電推進技術起步于20世紀60年代,2012年國產霍爾電推進技術誕生。2022年1月,航天五院510所(蘭州)研發成功的HET-450電推進器,最大功率105千瓦,最大推力達到4.6牛,最高比沖超過5100秒。如今,我國在大功率電推進技術領域已經達到國際先進水平。
       
      連雞蛋都推不動的它,為什么能推動50多噸重的中國空間站?
      科研團隊在上??臻g推進實驗室模擬真空環境,研發大功率霍爾推進器,來源央視新聞。
       
      隨著我國對于霍爾電推進核心技術的不斷突破與完善,我國的空間站利用霍爾電推進和普通發動機相配合的方式,已經實現了最優軌道控制技術,這對于我國載人登月、在軌服務等航天任務的順利實施提供了關鍵技術支撐。