电推进是火箭推进领域的最新发展,这种推进方法是利用电子枪加速离子产生推力的方法。
如今,电推进已被用来保持航天器(尤其是在GEO 上运行的航天器)在轨运行,从而实现更高的成本效益和更长的寿命。其通常使用电离氙燃料。这种方法已经被广泛用于航天器系统控制,但是电推进系统无法产生足够的推力将卫星发射入轨。简而言之,电推进系统产生推力和加速力所需时间要比化学燃料火箭长得多。电推进系统产生的推力相比化学燃料火箭系统可以持续数百或数千倍的时间,但是没有足够的集中推力使航天器在海平面克服地球引力。
有人认为离子推进或许能将一颗小卫星(如立方体卫星)从位于平流层数公里高处的黑暗天空站送入轨道。离子推进更加高效,且产生的污染更少。图10.2 所示为使用氙推进剂的格栅式离子推进器。第一代电推进系统是为航天飞机所需的低推力位置保持和航天器定向系统而研制的。
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图10.2 使用氙推进剂的格栅式离子推进器(图片由NASA 提供)
如前所述,离子推进产生的推力太低,无法支持航天发射活动。然而,这些系统非常节省燃料,可以使用相当少量的氙气燃料使航天器在地球同步轨道上的某一特定位置保持多年。电子枪用于电离氙气,产生低推力来保持航天器位置。尽管推力水平较低,但随着时间的推移,总体净推力水平要高得多。在NASA 的NEXT 电离子推进系统的测试中,该系统将氙气在腔室内电离,随后以非常高的速度将其排出,所产生的推力令人惊叹。
当随着时间的推移进行测量并对燃料消耗进行比较时,测得的电推进系统总有效推力是化学火箭推进系统的12 倍。人们认为这类系统(或许带有核电源电子枪)迟早可以用于支持星际飞行任务。电推进系统推力水平低但恒定,因此,这些飞往太阳系外围的飞行任务可以在几个月的时间内达到极高的速度[5]。
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