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从吹纸到吹书,中国航天霍尔推进器世界第二,真不是吹牛

  2022新年伊始,中国航天捷报频传,航天科技集团兰州空间技术物理研究所(510所)宣布: 大功率霍尔效应推进器HET-450试车成功,最大推力达到4.6牛,将为我国载人登月、在轨服务等提供关键技术支撑!
  中国HET-450霍尔推进器
  有朋友说,"才4.6头牛,比火箭发动机差远了"你有所不知,这里的"牛"不是耕地的水牛,也不是拉车的黄牛,而是力学单位牛顿(N),在地球上,1千克力约等于9.8牛顿。
  这么说来,4.6牛大约是0.47千克力,不到1斤,大约是你托起一本书的力量。
  4.6牛,大约是托起一本书的力
  这么小的力,跟载人登月有什么关系?当初美国发射阿波罗登月飞船的土星五号火箭,推力可是达到3408吨,相当于3340万牛顿,是中国HET-450推进器的726万倍!登月,510所别不是吹牛吧?
  目前广泛使用的火箭发动机主要分为物理喷气、化学动力和电推进三种,太阳能、核动力等等都还处在探索阶段。物理的办法主要是利用压缩气体喷气来推动,好处是简单,缺点是效率低,多用于航天器调姿;化学动力是主流,几乎所有的火箭都是利用燃烧各种物质产生膨胀的废气、通过喷射气体的反推力来推动前进,其好处是推力强大,缺点是你得带许多燃料,并且气体喷出的速度是有上限的,不够快;霍尔推进是电推进的一种方式,它有化学火箭难以企及的优势,缺点就是推力小,小到什么程度呢?我们一会儿再讲。
  美国土星5号F-1发动机失传
  火箭、卫星或其它航天器在空中飞行,必须向反方向施加一个力,这个力不能凭空产生,它需要施加在一个物体上。根据牛顿第三定律:相互作用的两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等、方向相反、并且在同一条直线上。
  推过汽车的朋友应该深有体会,当你推车时两条腿需要向地面施加一个向后的力,这样才能有向前推车的力;你对车的推力与车前进的阻力也是大小相等方向相反。而汽车前进的速度取决于你推力的大小、推动的速度,汽车能走多远则取决于你的体能。
  推车体会作用力与反作用力
  不管是什么类型的火箭引擎,它都要向后方喷射气体(工质),衡量一台引擎的指标通常有推力、燃烧时间、喷气速度、能源效率、比冲等等。
  推力好理解,一枚自重500吨的火箭,你推力小于500吨它就飞不起来;即便发动机的推力有501吨,凭借多出来的1吨推力也没办法让火箭短时间里加速到很快。
  燃烧时间跟航天器携带的燃料有关系,火箭还没飞出大气层燃料就耗尽了,后继乏力,它还是会掉下来。
  喷气速度影响到航天器飞行的最终速度,要想缩短星际飞行时间,我们还是需要喷气速度更快的发动机。
  火箭依靠喷气的反作用力飞行
  与化学火箭引擎相比,采用电力推进的发动机效率与速度要高出许多倍。
  大约在1960年代初,美国航空航天局(NASA)的科学家就提出离子发动机的设计概念:用电能产生电场,把推进剂的原子电离成离子,带电的离子在电磁场中加速到极快的速度喷射出去,喷射离子产生的反作用力就能推动航天器前进。世界上第一台实用的霍尔推进发动机是由苏联人制造的,苏联解体后,全套资料被美国获取,极大地推动了美国和西方国家在电推领域的发展。
  美国6kW霍尔推进器
  受到霍尔发动机的原理限制,我们很难通过比较小的输入功率实现很大的推力,在之前几十年时间里,大多数霍尔发动机推力只有毫牛级。中国天宫空间站的天和核心舱外边就安装了4台霍尔推进器,每台输出推力仅80毫牛,4台加起来才0.32牛,还不足33克力。打一个形象的比方:霍尔发动机的推力只能吹动一张纸!
  这么小的推力到底有什么用处?我们得来谈一谈霍尔推进器的好处:高比冲、高速度、高能效。
  天和核心舱外有四台霍尔推进器
  比冲是衡量一台喷气发动机的重要指标,它主要是指发动机消耗一定数量燃料所产生的冲量,而冲量又是力在单位时间内的积分,所以比冲的大小反映了喷气发动机每单位燃料产生推力的效率。发动机比冲越高,意味着燃料利用效率越高、有效喷气速度也越快。
  就拿著名的土星五号主发动机F-1来说吧,它的单台海平面推力达到惊人的6770千牛,海平面比冲仅为263秒(2.58千米/秒),而5台F-1发动机只需要168秒就能把一级火箭2160吨燃料全部烧光,平均每台发动机每秒钟烧掉2.57吨燃料。
  与传统化学火箭发动机相比,霍尔推进器的推力简直不值一提,但它的比冲值却高达1000~8000秒,换句话说它的排气速度能达到大约10~80千米/秒;霍尔推进器可以连续工作几千个小时,这是任何化学引擎都不能做到的;因为高比冲,霍尔推进器的能效比极高,只要时间够长,它可以用极少的燃料达到终末速度,这意味着更低的成本和更大的载荷。
  美国X3推进器相当于三台组合
  目前世界上最大的霍尔推进器是美国的X3,它的直径约1米,最高功率达到102千瓦,最大推力达5.4牛,最高比冲为2650秒。
  X3是嵌套式三通道推进器,它相当于三台发动机的组合体,而中国510所的HET-450是单通道推进器,直径只有X3的三分之二,最高功率达到105千瓦,最大推力4.6牛,使用氪作推进剂时最大比冲达到5100秒,是美国X3的两倍!
  中国HET-450推进器参数最大值
  从关键性能指标看,中国的霍尔推进器已经达到与美国比肩的高度,这是否意味着接下来我们可以将它装在飞船上,迈向星辰大海的征途呢?
  不行。
  到目前为止,最强推力的霍尔推进器还只能存在于实验室里,它很节省燃料,比冲值也极高,但这玩意儿就是一电老虎,要想让它卖力工作,你得有强大的电能保证,否则休想。
  中美两国的先进电推的功率都超过100千瓦,这是什么概念?国际空间站全部8块共2500平方米的巨型太阳能电池在太阳直射时也只能产生215千瓦电力,考虑到日夜交替,它的平均功率仅84~120千瓦。
  中国空间站天和核心舱两侧的太阳翼总面积达134平方米,总功率18千瓦,为了喂饱"电老虎"我们至少需要12块同样大小的太阳能帆板!其它设备不用电了啊?
  HET-450需要12块这样的帆板供电
  霍尔推进器推力小,它不适合用于火箭发射。它能长时间连续工作,比冲大效率高,所以适合安装在星际飞船上做远距离飞行,以时间换速度。或者将它装在近地轨道的卫星上,用来抵消空气阻力造成的轨道衰减。
  但大推力电推的实用化,还需要解决一些问题,包括电能供应、真空状态下散热、高温等离子体造成的腐蚀等等。远期来看,霍尔推进器能大幅缩短从地球到月球或者火星的时间,应用前景一片光明。
  #重大突破!我国百千瓦级霍尔推力器性能达到国际先进水平#
  #我国的霍尔推进器在世界上处于什么水平#

空间并不可无限细分!它的极限是普朗克长度,为什么会这样?科学认识君的通俗物理100课系列第10课普朗克长度普朗克是旧量子论的创始人,1900年,他为了解释黑体辐射的问题,提出了能量量子化概念。第一次用量子的概念驱散了物理学的一朵乌云。随光速并非宇宙速度极限!这里需要加个限定,还存在很多超光速现象看科幻电影的时候,经常会出现超光速的情节,比如超光速曲率引擎什么的。当你学到大学物理的时候,才明白现代物理学并不允许物质的运动速度超过光速。于是你会感叹科幻毕竟是科幻。其实不然,超经济学人一花一世界DNA存储或将为普通物体赋予记忆硬盘驱动器是现代科技的奇迹。只要花上50美元,任何人都可以买到一台机器,它能轻松地将牛津大学博德莱恩图书馆的全部内容存储为钴合金旋转磁盘上的一系列微小磁波纹。但是,通常情况下,自然研究表明,是否遵守社交距离与智商有关,遵守的人智商更高发表在美国国家科学院院刊(ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences)上的一项新研究表明,遵守社交距离准则的人拥有更好的工作记忆能力,后者是乔布斯真正的天才之处不是设计,是诱惑苹果老兵谈制胜销售法则MichaelHageloh曾任苹果公司销售主管,目前任苹果高等教育分部任首席发展官,在全世界为整合营销策划创意营销和制度推进提供咨询。在为苹果公司工作的22年里,他从乔布斯身上学Epic凭堡垒之夜叫板苹果,名为反抽成,实为平台江湖之争往深层次看,此次事件的实质,是跨平台游戏服务商代表未来趋势的云游戏服务商对苹果围墙花园商业模式发起的一场逼宫。最近一两周上演了一场震动科技圈和游戏圈的江湖大戏,Epic携堡垒之夜(忘了光刻机吧,鲲鹏云手机正式公测华为的苹果麦金塔时刻深入探究后我们认为,这其中蕴含深刻的战略考量,可谓破晓之举。本月初,华为云宣布华为首创全球首个ARM芯片的鲲鹏云手机正式公测,同时发起0元领取价值5,950元云手机服务器(含60台哈佛商业评论欲成就大梦想,先养成小习惯,具体五个步骤围坐在桌前这六个人流露出的表情,在公司会议室里通常是看不到的。他们有的难为情,有的局促不安,有的尴尬万分。他们是同一个同伴辅导(peercoaching)小组的参与者,事业成功,雄古罗马人没有卫生纸,他们的如厕习惯和现在竟然如此不同我们都有过被自己的消化道整得措手不及的时候。这事儿几个月前就发生在我身上。那天晚上,我们就要结束长途公路旅行,正通过一条二级公路穿越科罗拉多州一个人烟稀少的地区。我9岁双胞胎儿子中有什么小习惯可以给生活带来巨大改变?1。尊重客户服务发言人客户服务代表在一天内要经历许多充满敌意的电话。在电话结束时说祝你今天愉快。一条皱纹会让他们的脸上露出灿烂的笑容。2。定期冥想停止找借口。从每天练习一分钟开始。如何才能更加长寿?除了良好的个人习惯之外,这些因素也很重要寿命这个问题老生常谈了,谁都想要长寿,但并不是每个人都能够把握长寿的秘诀。很多人都认为长寿和健康的饮食习惯和生活习惯有着密不可分的关系,却很少人意识到精神方面的因素对于人的寿命也有
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