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近60噸的中國(guó)空間站,使用推力僅0.32牛的霍爾電推進(jìn)器,為什么?

神舟14號(hào)已??吭谔旌秃诵呐摴?jié)點(diǎn)艙的下向端口上,中國(guó)空間站組合體由“一艙二船”結(jié)構(gòu)變成“一艙三船”結(jié)構(gòu),“一”字變成了“T”字,當(dāng)然,這還不是最終的形狀,因?yàn)閱?wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙很快就要上天了。

天和核心艙重約22.5噸,天舟貨運(yùn)飛船帶貨重約13.5噸,神舟載人飛船約8噸,神舟14號(hào)的到來(lái),讓中國(guó)空間站組合噸位又增加了8噸,總噸位接近60噸,等問(wèn)天和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙到來(lái)后,就達(dá)到了100噸級(jí)。

近60噸的中國(guó)空間站簡(jiǎn)直就是一個(gè)龐然大物,但是卻安裝了推力4臺(tái)只有0.08牛的霍爾電推進(jìn)器,總推力只有0.32牛,舉起一枚雞蛋需要0.5牛力量,連一枚雞蛋都舉不起來(lái),中國(guó)空間站為何要使用霍爾電推呢?

地球大氣層主要集中在100公里以?xún)?nèi),但實(shí)際上,有大量氣體延伸到了1000公里之外,因此,運(yùn)行在400公里高度上的中國(guó)空間站仍在稀薄的大氣層中,受大氣阻力影響,中國(guó)空間站的自然高度就會(huì)緩慢下降。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,國(guó)際空間站和中國(guó)空間站的自然高度每天都會(huì)下降幾十米,一個(gè)月下來(lái)就是幾公里,因此,不論是國(guó)際空間站和中國(guó)空間站都會(huì)定期進(jìn)行一次軌道提升機(jī)動(dòng),提升機(jī)動(dòng)需要使用燃料。

國(guó)際空間站的總噸位為419噸,為了提升軌道,俄羅斯艙段每年需要消耗近8噸燃料,8噸航天燃料值不了多少錢(qián),但貴就貴在火箭發(fā)射成本上,每增加1公斤負(fù)載,火箭發(fā)射成本增加1萬(wàn)美金,8噸燃料就要增加8000萬(wàn)美金。

等問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙和夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙都上天后,中國(guó)空間站的總噸位達(dá)到100噸,是國(guó)際空間站的總噸位的4分之1,這意味著中國(guó)空間站為了提升軌道,差不多也要消耗掉2噸燃料,增加2000萬(wàn)美金的成本。

天和核心艙也安裝了4臺(tái)2500N的化學(xué)推進(jìn)器,專(zhuān)門(mén)用來(lái)提升軌道高度,為了盡量節(jié)約成本,天和核心艙特意安裝了4臺(tái)總推力僅0.32牛的霍爾電推進(jìn)器,長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn),以減緩中國(guó)空間站組合體下降速度。

霍爾電推進(jìn)器推力不大,但是對(duì)燃料的利用卻是十分高效,要比普通化學(xué)推進(jìn)器高效好幾倍,霍爾電推進(jìn)器可以長(zhǎng)時(shí)間推力,一天24小時(shí)不停地推進(jìn),盡量阻止中國(guó)空間站組合體高度的下降。

霍爾電推進(jìn)器是世界上最先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng),以氙氣和氬氣作為推進(jìn)劑,先使用霍爾效應(yīng)原理,將氣體分子變成離子狀態(tài),然后使用強(qiáng)電場(chǎng)將離子噴射而出,離子噴射過(guò)程就會(huì)產(chǎn)生推力,因此,霍爾電推進(jìn)器非常高效。

在航天領(lǐng)域,霍爾電推進(jìn)器應(yīng)用非常廣泛,例如日本的隼鳥(niǎo)2號(hào)采樣飛船就使用了4臺(tái)霍爾電推進(jìn)器來(lái)長(zhǎng)期增加飛行速度,每臺(tái)推力霍爾電推進(jìn)器僅為9毫牛,4臺(tái)同時(shí)開(kāi)啟也只有36毫牛的推力。

千萬(wàn)不要看不起36毫牛的推力,如果是一年365天每時(shí)每刻都在推進(jìn),那么日本隼鳥(niǎo)2號(hào)飛船的速度每秒可以增加好幾公里,比沖高、高效率就是霍爾電推進(jìn)器的最大強(qiáng)項(xiàng),這就是中國(guó)空間站使用它的原因。

總之,中國(guó)空間站使用4臺(tái)只有0.08牛的霍爾電推進(jìn)器,好處是很大的。在正常情況下,每年至少可以節(jié)省1000萬(wàn)美金,如果中國(guó)空間站運(yùn)行20年,那么總共可以節(jié)約2億美金,2億美金這可是一筆巨款啊。

很可惜,國(guó)際空間站并沒(méi)有使用霍爾電推進(jìn)器,因此每年要消耗8000萬(wàn)美金的燃料,根據(jù)分工,美國(guó)主要負(fù)責(zé)建立強(qiáng)大的電力供應(yīng)系統(tǒng),俄羅斯負(fù)責(zé)空間站軌道提升,對(duì)于俄羅斯來(lái)說(shuō),這是1筆不小的開(kāi)銷(xiāo)。

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