推力只有80毫牛顿的霍尔发动机，为什么能推动天宫空间站？

　　今年6月17日，我国神舟十二号宇宙飞船顺利发射升空，并且与天宫空间站的天和核心舱完美完成对接，我国3名宇航员就此开启了在天宫空间站为期3个月的太空工作之旅。8月20日上午，3名宇航员又集体完成了第二次出舱执行太空行走任务，顺利完成抬升全景相机和安装扩展泵组的工作。
　　我国天宫空间站的核心舱，顾名思义是整个空间站最为重要、最为关键和最为核心的部分，长度16.6米、直径4.2米、重量22吨，空间体积约50立方米，无论是大小和容积，都超过了国际空间站，预计使用寿命可达15年左右。除了质量和大小领先国际空间站，天宫空间站还有多项技术达到了世界尖端水平，其中就包括它的动力系统。
　　传统燃料推进系统
　　大家知道，按照牛顿第三定律，无论是在地面上、水体中还是空间中，一个物体在受力的同时，势必还会对施力对象产生一个方向相反、大小相同的反作用力。物体正是在这样的受力中，或保持静止，或进行匀速运动，或实施加减速。
　　物体在空中的运动，与在地面和水体中的运动稍有区别，因为在空气中看上去物体没有受力的支撑点，而实际上在空气中的支撑点是存在的，只是我们不容易观察得到，那就是空气。
　　由于空气的流动性非常强，所以在物体的运动过程中，我们感觉没有像在固体和液体中那样＂有底＂。按照牛顿第三定律以及动量守恒定律，在空气中的物体如果想要向前运动，最有效的方式就是向相反的方向抛洒出一些物质，抛洒的物质越多、抛洒出去的物质速度越快，那么物体的向前的运动速度就会越快。
　　所以，长期以来，人们向太空中发射卫星、探测器时，都使用化学燃料推进火箭来实现，通过各种化学燃料的燃烧，产生向后喷射的高热气流，从而使火箭获得升空的动力。然而，这种方式有两个最大的缺陷，一个是要想达到一定的推力，那么火箭的重量越大，所需的燃料量就越多，从而更加重了火箭的整体质量。第二是受空气阻力、燃料燃烧效率以及能量转化效率等因素的影响，传统的化学燃料火箭所喷出的高热气流，喷射速度最高也只能达到10公里/秒，很难再突破这个数值，所以极大限制了航空航天发展的需要。
　　离子推进系统
　　在传统化学燃料推进系统，越来越不能满足需求的情况下，一种升级版的推进系统应运而生，那就是离子推进系统，其主要原理就是利用电子去轰击原子，使之发生电离形成离子态，然后再通过电场力作用，将带电离子加速喷出，从而利用反作用力来推动火箭前进。
　　利用这种原理制造的离子推进器，其体积十分小巧，差不多只有花盆大小，但是＂抛洒＂离子态物质的能力却十分出众，离子喷出后的速度，可以达到传统化学燃料火箭的10倍以上，因此具有能大幅减少推进燃料、操控更加灵活、推进效率（速度提升）更高的优势。
　　但是，这种离子推进器也存在着一定的缺陷，那就是高速运动的离子，在生成之后到喷射出去这个时间内，会与加速器中的电极板发生不可避免的碰撞，时间长了，不但会影响离子的生成和加速效率，而且会对推进器形成腐蚀，影响推进器的寿命。升级版的离子推进器－霍尔推进系统
　　要解决离子在加速过程中与电场加速器的碰撞问题，可以从优化推进器的结构出发加以改进，目前的做法是将离子态物质的产生区域和加速区域进行合并，取消一个电极板替代为＂敞口＂设计，从而使离子在加速过程中，不会与电极板相碰撞。不过，改进后的这种结构，又新产生一个问题，那就是加速电场中的电子会与正极板相碰撞的问题。
　　为了彻底解决这个问题，我国的科学家们又想出了妙招，利用霍尔效应，用磁场来限制加速电场中电子的运动，使其运动轨迹不再完全自由，而是受约束地在电场中转圈，有目的和方向性地与原子相碰撞，从而产生离子，最后再通过＂敞口＂喷射出去。
　　通过使用霍尔推进系统，既避开了离子腐蚀加速器的问题，同时也解决了电子无序运动的弊端。这一技术，我国成功在天宫空间站上使用，达到了世界领先水平。
　　原理掌握了以后，就需要找到最适合的原子与加速电子进行碰撞。按照动量守恒定律，喷出的离子质量越大，那么其反向动量就越大，航天器所获得的推力就会越大，那么被碰撞的原子选择对象首先就得满足原子序数高的。然后，还得考虑原子的半径，越大就越容易被电子碰撞大，而且还得稳定，不易与其它物质发生化学反应。结合这些要求，元素周期表中的惰性气体一族就进入了视野。在综合上述选择标准的情况下，我们选择用气体氪来作为推进器的工质，每个推进器的推力大约为80毫牛顿。
　　为何能推动天宫空间站？
　　如果在地面上，80毫牛顿的推力能干什么呢？似乎只能推得到一张薄张片，根本不可能推动火箭升空，那么为什么能推得动空间站呢？
　　这还得从推进器的比冲值来衡量，比冲值是单位工质条件下所能获取的推力，在被推物体质量相同以及所达到相同速度的情况下，通过霍尔推进器喷射出去的离子，所需的数量只为传统化学燃料推进器所需量的十分之一，所以比冲值非常高，这个参数直接决定着推进器的性能先进与否。
　　从地面上发射火箭，需要在极短的时间内完成对火箭加速，相当于爆发式的燃气喷射；而霍尔推进器是持续性地喷射离子流，主要应用在火箭或者探测器在发射升空、或者进入轨道之后维持轨道或者进行姿态调整，所以使用时间不像传统燃料推进器那样集中式、短时强烈喷射，而是靠细水长流型的持续性喷射，不但所需工质少，而且最终速度也能达到要求。
　　对于天宫空间站来说，所其处的轨道高度约为400公里，那里大气已经非常稀薄了，轨道衰减的速度很慢，所以只需要很小的推力就可以维持轨道高度，应用霍尔推进器就能达到投入最少的工质获取理想结果的目的。我国目前已经研制出推力达1牛顿的霍尔推进器，相信在不久的将来，我国的霍尔推进系统一定还会实现更大的技术性突破，遥遥领先于其他国家，为我们国家的太空探索事业贡献更大的力量。