TA的每日心情 | 衰
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发表于 2016-1-16 13:35:11
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关于电推进技术的不靠谱科普（二）
本帖最后由 橘子和枪 于 2016-1-16 18:49 编辑
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0 X$ B. E% g! Q: B( b7 v2. 电推进的工作原理
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如前所述，根据电推进系统中将电能转化为推进剂动能方式的不同，大致可将电推力器分为：电热型、静电型、和电磁型。: Z; e8 }. r B8 ~7 }
1 l) i6 D4 c8 H: Z: L8 \3 d$ P% q电热型推进系统
0 A; Z: U. p5 z% b4 A, Y% z. X电热型推进系统利用电能加热推进剂，是最早在实验室中进行研究的电推进类型，也经常通过传统的化学火箭发动机改装而来。被加热的推进剂经拉瓦尔喷管加速喷出发动机，产生推力。电热型推进器是几种电推进中比冲较小的，和传统化学火箭发动机比冲相当，但其优点是结构简单、价格便宜、安全可靠、操作和维护方便等。典型的电热型推进系统有电阻加热喷气推进器（Resistojet）和电弧加热喷气推进器（Arcjet）。
# B" ^, N5 k+ N+ I这种方案一般只在一些特殊场合可能有用的，大规模使用的近地轨道商业卫星的一般不用这种方案。
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7 D- w }" E9 x, x) r电热方案
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- L2 ~' z" x8 @ P$ `1 |静电型推进系统
3 o6 u( e, c' \, h: [2 A: ]3 H静电型推进系统将推进剂气体原子电离为等离子体状态，再利用静电场将等离子体中的离子引出并加速，高速喷出的离子束流对推力器的作用力即为推进系统的推力。其采用的工质一般为容易电离的气体，如氙气氪气等。等离子体中一般包括带正电的离子和带负电的电子，但是整体呈电中性，在电场中电子往阳极跑，离子往阴极跑，由于离子的质量远远大于电子，把离子束流喷出去则可以产生推力。$ e3 @3 w3 x2 \ ^- c. t
此外，有的静电型电推进系统利用静电场加速带电液滴或液态金属离子产生推力。' V, D8 L% D2 U% F5 ]0 j; `
8 X/ F2 {9 _, o( O0 Q% o' e) _! d静电型推进器特点是比冲高、结构紧凑、质量轻以及技术成熟等。典型的静电型推进系统有霍尔效应推进器（Hall Effect Thruster, HET。霍尔效应推进器还被称为稳态等离子体推力器，Stationary Plasma Thruster, SPT）和离子推进器（Ion Thruster, IT）。$ y. @3 H, e; s+ [% g; w7 @7 o
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& B5 L# q0 J$ P% s( G7 y! @$ E' x/ kSpt
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离子推进: |! e* m! P% f' J5 t8 e8 `, q
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电磁型推进系统
" L& j- I7 H* i1 k8 ?$ U, z电磁型推进系统利用电场和磁场交互作用来电离和加速推进剂，产生推力。在电磁型推进系统中，推进剂离子的加速不是通过单独的电场来完成的，因此，喷出的离子束不受空间电荷的限制，即在等离子体中，通过磁作用比通过静电作用能获得更大的能量密度。电磁型推力器的特点是比冲高、技术成熟、寿命长等。典型的电磁型推进系统有脉冲等离子体推进器（Pulsed Plasma Thruster, PPT）和磁等离子体推进器（MagnetoPlasmaDynamic Thruster, MPDT）。3 {7 q+ T" r( w# d- L2 \ L* n1 I$ z
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磁等离子体推进器; }* w5 K! s+ p
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这就是比冲不同的结果。（看看好莱坞的磁场设计。）9 @( ]6 ]/ b; \6 U, ?) i
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总的来说，电推进的关键技术包括：
9 o' b) \" u& B3 ?5 |1. 电源设计
) f1 d7 Y( V" X$ \电推进中推进剂喷出推力器时的动能是由电源的能量也就是功率决定的，因此理论上来说，只要电源系统的功率足够大，电推进系统的比冲可以远大于传统的化学推进发动机。实际上，电源系统始终是制约电推进发展的一个关键要素，当前应用的电源系统大部分为太阳能电池板，其功率较小.; ~8 b$ }% l2 R. F. H
2. 电磁场设计5 b4 \* f8 |+ g) Z- h) j
即需要通过地磁场设计把等离子体约束在通道中，并且沿轴线喷射出去，因为不沿轴向喷出去的等离子体，不但会产生推力损失，而且还会产生讨厌的横向分力，这里有一个重要指标叫做“羽流角”，越小越好。另外离子喷出发动机后，在空间会乱跑，可能也会污染星上的一些光学和雷达设备，这也是很讨厌的。8 M8 A- m. z8 A7 u5 U
3. 寿命$ } b, u' v; p% A7 Q! t9 B! T
另外等离子体加速后的速度是很高的，可达几十到几百公里每秒，而且离子还是带电的，这么高速的离子轰击通道壁面的话，很快就被烧蚀。为了解决这个问题，一方面则需要采用磁场设计，约束等离子体的运动，做电磁喷管；一方面采用陶瓷材料制造喷管壁面，以抵抗烧蚀，因为无论怎么设计，总有些漏网之鱼会冲击到壁面的。
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) F3 o8 J4 g5 i2 g$ C) M! f' y下面是几个毛子的spt发动机的照片7 n1 H, n! L0 @# _: C
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spt50 F& K- z" v* T4 _3 W) O
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spt70% w9 m i" z5 l/ I) a
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spt100, ]) p2 z' X3 w; T1 k& K
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PPS-1350推进器，法国的山寨产品，趁着90年代毛子困难时期，大减价弄去的。; I# u2 _* O8 _1 {; i
实际上中国的spt技术的来源也差不多。 |
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雷达卡
发表于 2016-1-16 02:37:47
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