关于电推进技术的不靠谱科普（一）

橘子和枪

$ U  F8 I* Z) }' R8 B1 b, G# d首先转发一个新闻：

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9 H5 g' `6 k0 Y' a- j8 vhttp://www.aswetalk.net/bbs/home ... o=blog&id=36860

; m9 r- o* D. A4 [% a, p看了半天，似乎大家对电推进似乎不太了解，正好本人狼狼一只狗以前跟一些搞电推进的一起有过一些交流，聊一下关于电推进的不靠谱的科普。
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1.  为什么电推进

众所周知，虽然常常说太空中是真空，但是实际上太空中还是有空气的，同时太空中还有各种各样的干扰存在，因此如果不想办法经常补充点原力，则用不了多久卫星就会脱离轨道，甚至掉下来（轨道保持）。另一方面卫星也需要时不时的上别的地儿去串串门，比如老美就特别关心毛子晚上睡觉睡得好不好，因此也需要有些动力动动（变轨）。另外卫星也经常需要扭扭腰，把天线的方向对准地球，不然的不知道天线会冲向哪儿，要是天线的方向对到了月亮上，则你在地面怎么喊都听不见了（姿态控制）。
好消息是由于太空中的阻力非常小，只要毫牛级的推力就够了，如果实在觉得不够不可多开一会儿，速度总能慢慢的加起来的。
/ ^; r4 _, \) F8 r; F* F一开始卫星上面是没有这些玩意儿的，美苏为了抢先把卫星送上天，当然星上的设备越少越好，设备越少可靠性越高，当时的想法是只要把卫星扔上天就行。比如美国的第一颗卫星跟一个橄榄球差不多大，几乎什么也没有。当然也不需要这些劳什子了。
把卫星送上天后，就得考虑姿态控制问题了，一开始采用的是压缩气体，因为简单，只需要一个阀门就行了，需要说明的是用的不一定是空气，也可能是别的某种气体。这种方案时间现在也还有用的，比如航天员的出舱宇航服也用这个玩意儿。

喷气推进
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9 z1 l1 [6 e- w; _4 `9 W4 v3 \不过由于压缩气体的工作时间有限，因此在天上能工作的时间比较短，几下下就会用完了，然后卫星就又会自由飞了， WALLE就变成了太空陨石了。
; z8 o# ]% g5 |- S9 N0 ~/ J为了让卫星在天上能多溜达几天，人们就改用了化学火箭。这样卫星在天上的工作时间则可以大大延长了，从数月增加到数年。
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, {( r4 }( g5 Y! ]% s9 Q9 @" F化学火箭
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, h$ E" g) u, g$ p4 u为了进一步增加卫星在天上的工作时间，上时间50-60年代，美苏开始了电推进的研究。
, S0 F' m0 `1 B0 e简单的说，为了在太空中推进，需要(一)工质，（二）能量。分析压缩空气和化学火箭的工作原理，可以认为这两种方式都需要卫星自己把工质和能量背上天的，而航天领域有一句口号“为减轻一克重量而奋斗”，因此卫星悲伤天的工质注定有限，这注定这两种方式的工作时间都不会太长。
因此要想提高卫星的工作时间，则需要在太空中解决这两个问题。由于太空中空气的密度太低，试图在太空之捕获物质作为工质不太靠谱，因此工质还得自己背上去，如果能够在太空中为卫星补充能量的话，则可以大大增加同样重量工质的工作时间，用本行业的黑话来说，叫做“比冲”，即单位工质产生单位推力的时间。
而在太空中最容易获取的能量则是电能，可以通过核反应堆或者太阳能电池板来获得。


太阳能电池
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& O3 }" O) f+ X# w4 s: U" j) p& _- B/ l然后想办法把电能加入到工质中。为了把电能加入到工质中，一种方案可以直接用电加热工质，产生高温高压的气体喷射出去，这种方案最简单，但是效率太低，其比冲和化学火箭差不多，用的非常少。
2 Z4 T5 }. f* ]+ n, }5 s) R0 G. K另外一种方案则是想办法让工质电离，产生离子或等离子，然后用电场或磁场中加速工质，从而产生推力，即所谓电火箭或者电推进。这种方案的性能比前面的方案有了长足进步，其重要的关键指标如比冲由数百秒增加到了数千秒，增加了10倍以上，从而卫星在轨的工作时间也可增加数倍。
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% Q' G0 ^  }3 S! v1 {性能比较
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+ Z6 w7 a) p; F. c+ g( x* q4 B目前应用较广泛电推进技术大致有老美的离子推进器或者老毛子的等离子推进器，前者是用电场加速离子，而后者是用磁场加速等离子体，当然考虑到电磁不分家，这种说法很不严格。
3 R. V3 r: O* N& ]( F, q& ~这两种发动机的性能差不太多。在50-60年代大家在研究点推进的时候，各种方案都在研究，只不过老美是把离子发动机先送上了天，而老毛子则是把等离子发动机先送上了天，由于航天的市场太小，基本上无法容纳两个性能基本相同的产品，另一个方案就自然死亡了，于是形成了老美的离子发动机派和毛子的等离子发动机。

& P5 K; a6 N; d离子发动机
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0 B: j' `; [/ d+ X1 i9 v; N% R9 _等离子霍尔推进器
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据不可靠八卦，毛子的等离子发动机的发明人莫罗佐夫完成等离子发动机后，为了争夺上天机会，和另外几个设计局狠斗了一把，最后莫罗佐夫赢了，基本占领了毛子的电推进的市场，而另外几个设计局就没有然后了。

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阿列克谢-莫罗佐夫（Алексея Морозова）
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# k! h$ q4 n& C% |+ o5 G( \
0 ?# A& J2 R0 u- ~- Z- ^设计局50周年

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1 z" m- Z% D. n; a* J4 C. M  j(喝水去了，坑不深赶紧跳吧)

一叶飞刀

陈王奋起挥黄钺 发表于 2016-3-1 22:15
1摩尔氢离子大概是10的5次方库仑。 如果一秒发射1摩尔氢离子，也就1克， 等于电流10万安培。
* y& I* I* v! s! j+ g+ y0 L$ D
- r8 C9 \- i* L/ V& Z反正我是凌 ...

美国人将电推称之为电子引擎，电子虽小，也是肉，当然也喷出去了。

陈王奋起挥黄钺

冰蚁 发表于 2016-3-1 20:15
没仔细看原理图

# p5 |7 M1 D) ^% `3 k* w9 x1摩尔氢离子大概是10的5次方库仑。 如果一秒发射1摩尔氢离子，也就1克， 等于电流10万安培。
( ?1 a1 ?) f/ \) O4 _
反正我是凌乱了， 感觉必须用一个装置把相应的负离子，比如说氢氧根抛弃掉，不然就会累积起非常高的静电电压，几万伏，几十万伏也很正常。

橘子和枪

冰蚁 发表于 2016-3-1 20:15
) _: G' Y) h( g* |" ?没仔细看原理图

这个么，不知道，得去看那些专业的论文了。

冰蚁

橘子和枪 发表于 2016-3-1 05:41
@陈王奋起挥黄钺
" r& x! ~; M! D3 P7 p
% w( r- e: ?" X8 P电子是消灭不了的，正离子喷出去了，剩下的电子（负电荷）得有个出路。

$ f9 m# f$ H/ w# L没仔细看原理图
% w) u' I- T3 O" r. N


9 |3 K3 h! X1 N电子形成的电流中和前一般有多大？

橘子和枪

冰蚁 发表于 2016-3-1 00:49
呃，说电子用掉了是用词不准确。应该是电子的能量用掉了，比如电阻发热。我的理解是自由电子在电路里消耗 ...

- ?7 D4 V5 {' J% G( x@陈王奋起挥黄钺

电子是消灭不了的，正离子喷出去了，剩下的电子（负电荷）得有个出路。
7 c4 m6 y. l8 w, G6 O- h5 |# |
简单的说，看第2段中的原理图，在主通道之外，有一个中和器，或者叫阴极，
, r1 Y# ~4 q1 r6 R
不管什么名字，其用途基本一致，给带负电荷的电子一个出路

当然实际情况要比这个复杂，但原理一样的。

冰蚁

* j6 h$ P6 c- f$ Q1 g

陈王奋起挥黄钺 发表于 2016-2-29 10:42
电子是不灭的，一定存在在某个地方啊。

呃，说电子用掉了是用词不准确。应该是电子的能量用掉了，比如电阻发热。我的理解是自由电子在电路里消耗能量，然后从导带落回价带，重新被原子束缚。电路接地后，那么点电子落入巨大的原子池里。部分原子因束缚电子会有负极性，但是数目太太太。。。。。。。少了。接地点的电势没有可以测量到的变化，依然是0。

陈王奋起挥黄钺

冰蚁 发表于 2016-2-29 21:06
0 O: Z0 j/ z( l3 F+ i1 Q原子损失电子变成正离子。正离子出去了，剩下的是电子，哪里来得负离子？ 电子么，电路里都用掉了。 ...

: \7 T7 \* u( g7 _; m  H! }+ j电子是不灭的，一定存在在某个地方啊。

冰蚁

陈王奋起挥黄钺 发表于 2016-2-29 02:35
没有看懂您的意思。假定正离子都发出了，剩下的不就是负离子了， 久而久之，卫星不就堆积了大量的负电荷 ...

, |, r2 S; r4 W# _( [3 H
7 ^7 _" r- f* y- F1 O. q5 Y原子损失电子变成正离子。正离子出去了，剩下的是电子，哪里来得负离子？ 电子么，电路里都用掉了。

陈王奋起挥黄钺

冰蚁 发表于 2016-2-29 12:40
9 m4 p) k/ b  A2 W留下的不是另外一种极性的离子啊。

没有看懂您的意思。假定正离子都发出了，剩下的不就是负离子了， 久而久之，卫星不就堆积了大量的负电荷了？

谜团

冰蚁

陈王奋起挥黄钺 发表于 2016-2-28 23:16
& V$ L. |- v& w' D; g请教一个问题，离子推动发射的是一种极性的离子，那么留下的就是另外一种极性的离子了，时间一长，卫星的整 ...

留下的不是另外一种极性的离子啊。

陈王奋起挥黄钺

请教一个问题，离子推动发射的是一种极性的离子，那么留下的就是另外一种极性的离子了，时间一长，卫星的整体电中性不就成问题了？ 还是另有管道，悄悄地把另外的离子抛弃掉？

小书童

这怎么弄的！

山远空寒

橘子和枪 发表于 2016-1-17 02:05
此电推进非彼电推进，因为说的是空间推进问题，一般不会和电传动混淆的。
. V) H% _/ R* G, ?. y  Z: q$ \" w
至于知止说市场越来越大，应该 ...

爱坛编辑部微信号已发，多谢支持！

橘子和枪

njyd 发表于 2016-1-17 01:14
8 R% T0 {# P+ f2 J& i/ w电推进的市场越来越大是不同的概念，这种推力实在太小，至少直到现在还只有在天上用的前景，一个国家一年 ...

! M' B8 H, y4 x
0 R# t8 J4 p  f3 O1 ]8 ?此电推进非彼电推进，因为这里说的是空间推进问题，应该不会和电传动混淆的。

至于说市场越来越大，应该指的是与原来相比，目前国内航天活动越来越频繁，除了传统的卫星以外，还有探月、太空站、深空探测、火星探测等等，还有一些非传统航天机构的发射活动，例如各个高校的小卫星，这些不同的活动对推进的要求还是有很大差别的，一家很难全部吃下来，再加上各个研究所的传统合作伙伴关系等，从而给老二留下了不少机会。
) ^( U3 s! w, j8 z$ d! ?
但是即便如此，老三活下来的机会还是很渺茫的。

njyd

知止 发表于 2016-1-16 14:50
0 d5 F8 O& E. t8 t2 n  n0 H这科普相当靠谱。不过电推进的市场越来越大了，早年受限于技术水平，应用比较狭窄，现在很多地方都打算上电 ...

电推进的市场越来越大是不同的概念，这种推力实在太小，至少直到现在还只有在天上用的前景，一个国家一年顶多发百把颗卫星，市场没法大。另一种是地面海上用的用发动机发电再用电动机带轮子或螺旋桨，以前也叫电传动（不是电传控制），这因为比机械传动有不少优势，这是用在车船上，市场太广阔了。

雨楼

Mark。。。。。

橘子和枪

知止 发表于 2016-1-16 14:50
9 y# u" x1 w7 t6 \% Y; `这科普相当靠谱。不过电推进的市场越来越大了，早年受限于技术水平，应用比较狭窄，现在很多地方都打算上电 ...

7 i) f, [' B" ~  U" b  H* f" |! d) A: d即使是市场较原来大了很多，似乎也容不下三家。
; `9 K" U2 O) U* B
根据一般的市场规律，常常是老大和老二PK，结果把老三给打死了，而目前502就是这个老三。

5 u8 u$ o  S/ M. d) c7 |# ]着急啊！！！

五月

# z, t% \( _# {, c+ e( w- D4 d这个科普好，一下子连技术和市场都科普了