供應(yīng)微動(dòng)開(kāi)關(guān)SAIA BURGESS V9N現(xiàn)貨
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技術(shù)原理
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傳統(tǒng)的火箭是通過(guò)尾部噴出高速的氣體實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)的。離子推進(jìn)器也是采用同樣的噴氣式原理，但是它并
離子推進(jìn)器
不是采用燃料燃燒而排出熾熱的氣體，不采用化學(xué)燃燒方式，而是通過(guò)電能作用于工質(zhì)激發(fā)高速離子流向后推進(jìn)。它所噴出的是一束帶電粒子或是離子。它所提供的推動(dòng)力或許相對(duì)較弱，但關(guān)鍵的是這種離子推進(jìn)器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要離子推進(jìn)器能夠*保持性能穩(wěn)定，它終將能夠把太空飛船加速到更高的速度。
相關(guān)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到一些太空飛船上，比如日本的“隼鳥(niǎo)”太空探測(cè)器，歐洲的“智能1號(hào)”太空船和美國(guó)的”黎明號(hào)“等，而且技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。未來(lái)較有希望成為更遠(yuǎn)外太空旅行飛船推進(jìn)器的可能就是VASIMR等離子火箭。這種火箭與一般的離子推進(jìn)器稍有不同。普通的離子推進(jìn)器是利用強(qiáng)大的電磁場(chǎng)來(lái)加速離子體，而VASIMR等離子火箭則是利用射頻發(fā)生器將離子加熱到100萬(wàn)攝氏度。在強(qiáng)大的磁場(chǎng)中，離子以固定的頻率旋轉(zhuǎn)，將射頻發(fā)生器調(diào)諧到這個(gè)頻率，給離子注入特強(qiáng)的能量，并不斷增加推進(jìn)力。試驗(yàn)初步證明，如果一切順利，VASIMR等離子火箭將能夠推動(dòng)載人飛船在39天內(nèi)到達(dá)火星。
特點(diǎn)
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離子電推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是加速度很低，可能會(huì)只有幾厘米/秒甚至更低，有人形容這種推力只能“吹動(dòng)一張紙”。但與化學(xué)火箭極短的燃燒時(shí)間不同，電推進(jìn)火箭提供的加速時(shí)間可以很長(zhǎng)，因此發(fā)動(dòng)機(jī)比沖很大，就是說(shuō)同樣質(zhì)量的工質(zhì)能提供更大的總推力和終速度。另一方面，衛(wèi)星的調(diào)姿和變軌，微小推力往往就已足夠。 [3]
性能評(píng)價(jià)方法
編輯
離子推進(jìn)器是一種動(dòng)力裝置，評(píng)價(jià)性能的方法是在保證其推力、比沖的條件下，評(píng)價(jià)效率的高低，效率越高，說(shuō)明推進(jìn)器性能越好，直觀表現(xiàn)為在一定的推力和比沖下，離子推進(jìn)器所消耗的功率越小，那么性能就越優(yōu)。在進(jìn)行離子推進(jìn)器性能評(píng)價(jià)時(shí)，首先要測(cè)量推力和比沖，然后再測(cè)量或推算效率，或者說(shuō)是測(cè)量推進(jìn)劑的利用率和所消耗的電功率。 [1]
離子推進(jìn)器的推力較小，通常在毫牛頓級(jí)，目前國(guó)外測(cè)量離子推進(jìn)器推力的方法大致有兩種：一種是直接測(cè)量，另一種是用公式計(jì)算。由于推力較小，在地面測(cè)量時(shí)，因?yàn)橹亓?、電纜引線和推進(jìn)劑管路等的影響，會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。為了提高推力測(cè)量的準(zhǔn)確性，一般采用直接測(cè)量和公式計(jì)算相結(jié)合的方法來(lái)測(cè)算。一般來(lái)說(shuō)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制初期，可以采用公式計(jì)算法計(jì)算推力，在產(chǎn)品基本定型后，再直接測(cè)量推力，并與公式法進(jìn)行比較。目前國(guó)外測(cè)量微小推力，應(yīng)用較多的是采用微量天平和激光干涉法測(cè)量微小位移，早期還有倒擺和扭擺等機(jī)械式位移測(cè)量法。我國(guó)開(kāi)發(fā)了天平法來(lái)測(cè)量微小推力的方法，但是在測(cè)量離子推進(jìn)器的推力時(shí)，由于等離子體的影響，使測(cè)量系統(tǒng)產(chǎn)生放電打火現(xiàn)象，影響測(cè)量結(jié)果。推力直接測(cè)量法的測(cè)量系統(tǒng)都比較復(fù)雜，而且測(cè)量過(guò)程也繁瑣，在測(cè)量時(shí)，不但需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線校對(duì)，而且還會(huì)產(chǎn)生噪聲干擾而影響測(cè)量精度，離子推進(jìn)器工作產(chǎn)生的等離子體也會(huì)對(duì)微量天平產(chǎn)生影響，甚至使天平無(wú)法正常工作，還需要進(jìn)行屏蔽處理。評(píng)價(jià)離子推進(jìn)器性能，除推力外，還需要測(cè)量比沖，推進(jìn)劑流量和消耗功率。歐盟在對(duì)RIT－XT射頻離子推進(jìn)器進(jìn)行性能評(píng)價(jià)時(shí)，主要對(duì)其推力、比沖、推進(jìn)劑利用率（不包括中和器流量）和總功耗進(jìn)行了測(cè)量。 [1]
現(xiàn)狀
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離子推進(jìn)器將電能和氙氣轉(zhuǎn)化為帶正電荷的高速離子流，金屬高壓輸電網(wǎng)對(duì)離子流施加靜電引力，離子流獲得加速度，加速后的離子使推進(jìn)器獲得時(shí)速高達(dá)143201千米的速度，推動(dòng)航天器前進(jìn)。離子發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率比常規(guī)化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)的高大約10倍。
自2012年起，經(jīng)過(guò)1萬(wàn)小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)后，中國(guó)成功在“實(shí)踐9號(hào)”科學(xué)衛(wèi)星上完成XIPS-20氙離子推進(jìn)器的測(cè)試工作。該推進(jìn)器直徑只有200毫米，重140千克。離子推進(jìn)器的主要優(yōu)勢(shì)是，盡管與化學(xué)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)比，離子推進(jìn)器的推動(dòng)力相對(duì)較弱卻穩(wěn)定、高效，使用燃料較少。在太空探索中，小直徑的離子推進(jìn)器也能減小衛(wèi)星的質(zhì)量。 [4] 我國(guó)發(fā)射的“實(shí)踐9號(hào)”攜帶的衛(wèi)星上*次使用了離子電推力技術(shù)，從此為我國(guó)的航天技術(shù)開(kāi)啟了一扇新的大門(mén)。此前該種技術(shù)一直被美俄等航天強(qiáng)國(guó)所壟斷 [5] 。
研制部門(mén)
研制部門(mén)是蘭州空間物理研究所（510）所的科研團(tuán)隊(duì)。510所是國(guó)內(nèi)早開(kāi)展電推進(jìn)技術(shù)研究的單位，早在1974年就開(kāi)始研制離子電推力系統(tǒng)，到了1986年研制了80毫米汞離子電推進(jìn)，該成果于1987年獲得了國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，在當(dāng)時(shí)達(dá)到了*水平，產(chǎn)品水平不弱于從上世紀(jì)50年代就開(kāi)始從事此方面研究的美國(guó)?？蛇@反而成了離子電推進(jìn)系統(tǒng)由勝轉(zhuǎn)衰的時(shí)候。由于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的制約，以及美國(guó)也沒(méi)有開(kāi)始應(yīng)用，國(guó)家相關(guān)部門(mén)決定不再?gòu)氖码x子電推進(jìn)系統(tǒng)的研究。而這一放就是十年。但是510所看好這項(xiàng)技術(shù)在未來(lái)的發(fā)展前途，并沒(méi)有解散這支科研隊(duì)伍，通過(guò)自籌資金一直維持著這支科研隊(duì)伍。并于1988年至1993年期間研制成功了90毫米氙離子電推進(jìn)系統(tǒng)。
設(shè)備信息
實(shí)踐9號(hào)A星攜帶的離子電推進(jìn)系統(tǒng)*點(diǎn)火成功，穩(wěn)定工作3分鐘，隨后又進(jìn)行了第二次點(diǎn)火，穩(wěn)定工作了近4分鐘，實(shí)踐九號(hào)A星離子電推進(jìn)系統(tǒng)飛行試驗(yàn)取得了開(kāi)門(mén)紅。整個(gè)離子電推分系統(tǒng)包括1個(gè)推進(jìn)劑貯存模塊、1個(gè)調(diào)壓模塊、4個(gè)流量控制模塊、4臺(tái)離子電推進(jìn)器以及其他附屬設(shè)備，系統(tǒng)干重約140千克。單臺(tái)離子電推進(jìn)器額定推力40毫，比沖3000秒左右，工作壽命在10000至15000小時(shí)之間，達(dá)到了*水平 [5] 。
新型推進(jìn)器
新型離子推進(jìn)器研制計(jì)劃是在“深空1號(hào)“探測(cè)器任務(wù)成功完成的基礎(chǔ)上制定的。1998年美國(guó)發(fā)射一個(gè)以驗(yàn)證*飛行技術(shù)為目的的“深空1號(hào)“探測(cè)器。該探測(cè)器由一個(gè)直徑3.048分米的離子推進(jìn)器提供動(dòng)力，在為期20個(gè)月的飛行任務(wù)期間，航天器達(dá)到了12711千米的時(shí)速。 “深空1號(hào)“飛行任務(wù)的成功是向大功率離子推進(jìn)的廣泛應(yīng)用邁出的*步。與“深空1號(hào)“離子發(fā)動(dòng)機(jī)相比，NASA更高性能氙推進(jìn)離子發(fā)動(dòng)機(jī)可攜帶的有效載荷要多得多，壽命更長(zhǎng)一些。
太空內(nèi)推進(jìn)計(jì)劃尋求研制*的推進(jìn)技術(shù)，以便*降低NASA的科學(xué)任務(wù)的成本、減少質(zhì)量和縮短行進(jìn)時(shí)間。
離子發(fā)動(dòng)機(jī)
離子發(fā)動(dòng)機(jī)，也就是通常所說(shuō)的“電火箭”，其原理也并不復(fù)雜，推進(jìn)劑被電離成粒子，在
等離子發(fā)動(dòng)機(jī)
電磁場(chǎng)中加速，高速?lài)姵?。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，美國(guó)的研究范圍幾乎覆蓋了所有類(lèi)型的電推力器，但以離子發(fā)動(dòng)機(jī)的研制為主，美國(guó)宇航局在其中扮演了活進(jìn)技術(shù)應(yīng)用及準(zhǔn)備計(jì)劃”。1998年10月美國(guó)宇航局發(fā)射的空間探測(cè)器“深空1號(hào)“*實(shí)現(xiàn)了以離子發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為主推進(jìn)，這標(biāo)志著電推進(jìn)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)嶄新階段。“深空1號(hào)“在離子推進(jìn)系統(tǒng)工作期間，其自主導(dǎo)航儀能夠根據(jù)太陽(yáng)電池陣產(chǎn)生電能的模型和器載設(shè)備功耗的情況，選擇推力器的節(jié)流級(jí)，調(diào)節(jié)推力大小。在一般情況下，彈道機(jī)動(dòng)和中途修正也由離子推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。
歐空局已經(jīng)將電推進(jìn)作為未來(lái)*技術(shù)之一。法國(guó)正在研制穩(wěn)態(tài)等離子體推力器，歐空局準(zhǔn)備應(yīng)用氙離子推力器。歐空局向月球發(fā)射SMART－1探測(cè)器的目的之一就是驗(yàn)證如何利用離子推進(jìn)技術(shù)把未來(lái)的探測(cè)器送入繞水星運(yùn)行的軌道。
俄羅斯的穩(wěn)態(tài)等離子體推力器得到了實(shí)際應(yīng)用。日本的電弧加熱式推力器已在空間自由飛行器上通過(guò)在軌測(cè)試。
電推進(jìn)研究對(duì)象還擴(kuò)展到了一些采用新的工作原理的推進(jìn)方案，如采用微加工工藝成型的微型離子器、采用等離子體氣體聚變的推力器等。而所有這些項(xiàng)目大多得到了政府和大公司的資金支持。
核推進(jìn)火箭
上核推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)也已嶄露頭角。核推進(jìn)火箭提供的大速度增量可達(dá)到每秒22千米
核推進(jìn)火箭想象圖
，可以大大縮短探測(cè)器到達(dá)月球的時(shí)間。運(yùn)用核推進(jìn)火箭，探測(cè)器到達(dá)土星的飛行時(shí)間只需要3年，而傳統(tǒng)航天器則要花費(fèi)7年的時(shí)間。核推進(jìn)火箭非常安全而且有利于環(huán)保，這一點(diǎn)與人們平時(shí)的想象相反，因?yàn)榘l(fā)射核火箭時(shí)，放射性并不強(qiáng)。載有核助推器的空間探測(cè)器可作為普通化學(xué)火箭頭部的有效載荷被發(fā)射出去，當(dāng)有效載荷進(jìn)入地球高軌道(即大約800千米以上)時(shí)，核反應(yīng)堆開(kāi)始工作。
制造核動(dòng)力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)所需的技術(shù)并非遙不可及。美國(guó)已經(jīng)設(shè)計(jì)出一種小型核動(dòng)力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，稱(chēng)為微型核反應(yīng)堆發(fā)動(dòng)機(jī)，大約還要6～7年可制造出來(lái)。美國(guó)宇航局表示，它在月球探測(cè)技術(shù)方面想做的主要是加速包括核能推進(jìn)在內(nèi)的新推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)工作。在美國(guó)宇航局2003財(cái)年預(yù)算草案中，有4650萬(wàn)美元用于核推進(jìn)研究；有7900萬(wàn)美元用于航天器核反應(yīng)堆研制。
在月球探測(cè)中，縮短到達(dá)月球的時(shí)間，使觀測(cè)衛(wèi)星能以較少的推進(jìn)劑攜帶更多的觀測(cè)儀器等要求，都會(huì)使電推進(jìn)、核推進(jìn)等高效推進(jìn)技術(shù)成為重要的技術(shù)而得以更快地發(fā)展。
發(fā)展趨勢(shì)
編輯
小型化輕便化
高效能源變換技術(shù)將朝著小
小型離子推進(jìn)器
型、輕便太陽(yáng)電池方向發(fā)展。在傳輸技術(shù)方面，未來(lái)將開(kāi)發(fā)微波或激光能源傳輸技術(shù)，包括從月球探測(cè)器，從月球上的能源站到月球探測(cè)器等的能源傳輸。
由于傳統(tǒng)控制技術(shù)越來(lái)越難以滿(mǎn)足航天器月球探測(cè)任務(wù)多樣性和姿態(tài)控制、軌道控制的高性能指標(biāo)要求，*航天國(guó)家早在20世紀(jì)80年代就著手發(fā)展航天器智能自主技術(shù)，并在自己的空間探測(cè)計(jì)劃中逐漸增大了對(duì)智能自主技術(shù)的投入力度。
在軌智能自主技術(shù)
歐空局較早就展開(kāi)了在軌智能自主技術(shù)的研究
離子推進(jìn)器結(jié)構(gòu)
。美國(guó)宇航局“新盛世”計(jì)劃把智能自主技術(shù)放在*，旨在研制自主航天器，使深的依賴(lài)。俄羅斯和日本的航天研究機(jī)構(gòu)，在自主技術(shù)方面也都開(kāi)展了研發(fā)工作。印度宇航界也非常重視具有自主功能的軟件的開(kāi)發(fā)。
*航天國(guó)家在“戰(zhàn)略規(guī)劃→研究開(kāi)發(fā)→型號(hào)應(yīng)用”各個(gè)層次都非常重視探測(cè)器智能自主技術(shù)。他們往往按照“走一步、看一步、想一步”的三步曲進(jìn)行發(fā)展，即利用*成熟技術(shù)做當(dāng)前之事，與此同時(shí)大力開(kāi)發(fā)試驗(yàn)下一步*技術(shù)，同時(shí)還要想到更遠(yuǎn)的需求以便提早作技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃。
