推進器

推進器是將任何不同形式的能量轉換為機械能的裝置。比如船、直升飛機的螺旋槳、汽車上的發動機都可以理解為推進器。

早在幾個世紀以前，著名的科學家阿基米德就發明了一種使用螺桿來運輸水來灌溉農田的裝置，稱之為阿基米德式螺旋抽水機，這也是人類歷史上第一次發明出來的類似於推進器的裝置。

隨著時間的推移，人類科技水平越來越先進，推進器的用途和種類也越來越多。比如飛機上有螺旋槳、向量推進器，漁船或者軍艦上有船舶推進器，火箭上有航天推進器。根據推進器的推進原理不同，它們又分為有變距螺旋槳推進器、導管螺旋槳、噴射推進器、離子推進器等多種型別。

這些推進器雖然種類和原理各不相同，但是它們都能達到推動裝置運動的目的。我國的天宮空間站能夠在外太空持續在軌執行，全靠搭載的霍爾推進器。

推進器作為移動物體的動力，必須要有足夠推動物體運動的力量。我國的天宮空間站重達60噸，但霍爾推進器在地面的推力卻只能推動一張紙，為什麼我們會用這樣這麼“弱”的推進器呢？

只能推動一張紙的霍爾推進器

離子流在特定情況下會跟磁場與電場之間形成霍爾效應，之後，被約束的電極噴射電子流會在磁場形成霍爾閉環。電子流在磁場中會加速撞擊電離，撞擊產生的氙氣就會成為霍爾推進器的推進力量，這就是霍爾推進器的工作原理。

早在十九世紀五十年代和十九世紀六十年代，美國和前蘇聯分別開始研究和製造霍爾推進器。由於當時科學理論還不夠完善，所以科研人員遇到了很多困難。最終，蘇聯率先製造出了比較高效的推進裝置，而且還研發出了依靠寬加速區的穩態等離子體推進器SPT和窄加速區的陽極層推進器TAL這兩種霍爾推進器。但是美國卻因為實驗不太順利，所以改變了研究方向，開始研發離子推進器。

十九世紀七十年代，前蘇聯首次在衛星上安裝了霍爾推進器。之後，前蘇聯科學家發現霍爾推進器和其它推進器相比，有著無可比擬的優勢，比如它不需要攜帶大量燃料，可以減輕很多負重就節省了一大筆成本。因此，霍爾推進器也被廣泛地運用在多個衛星上。

霍爾推進器作為當下最先進的電推進裝置之一，被廣泛地運用在航天領域。比如衛星如果想要保證長週期在軌執行，就需要一個推力來幫助它抵消引力造成的偏航。由於霍爾推進器結構比較簡單，所以不容易出故障。再加上它有著高比重、高效率的優勢，就成了航天飛行器的首選推進裝置之一。

霍爾推進器的噴氣速度最大可達10-80km/s（比衝數值為1000 - 8000s），但絕大多數型號的霍爾推進器的噴氣速度在15-30km/s (比重數值為1500 - 3000s)。雖然推進速度高得驚人，但是我們考察一個推進器是否有足夠的力氣推動裝置，最看重的還是它的功率。

其實，霍爾推進器的推力和功率有很大關係，因為推力和功率成正比。比如1.35kw的推進器可產生83毫牛的推力，而更高功率型號的霍爾推進器甚至能夠在該實驗室環境中達到3牛的推力。不過在地球上，即便是3牛的力也不過是半瓶礦泉水的重力大小，大概也就是300克左右。

在我國獨立研發天宮空間站上，配備了4臺LHT100霍爾推進器。天宮空間站搭載的單個霍爾推進器的推力只有80毫牛。80毫牛的推力在地球上是多大的力量呢？相當於推動了一張紙。

天宮空間站可是有著60噸身體的龐然大物，為什麼在地面上只能推動一張紙的霍爾推進器能夠被使用呢？

首先，太空環境的空間站之所以搭載推進器，是因為空間站在執行軌道上會因為引力作用或其他原因會偏離既定軌道。如果不小心進入大氣層，就會有墜毀的危險。使用推進器是為了能夠定期對空間站的執行軌跡進行修正，避免墜毀事故發生。

執行中的天宮空間站

其次，太空是真空環境，在這裡物體運動的時候完全沒有阻力。毫牛單位的力量在地球上只能推動一張紙是因為地球阻力太大，但太空中的真空環境就不會有這樣的麻煩。所以即便是毫牛單位的霍爾推進器也能推動60噸的天宮空間站。

可以說空間站被送入軌道正常執行情況下是不需要其他助推力量的，但是需要一個“方向盤”來校正執行軌跡。所以空間站的推進器不需要太大力量，但是需要用更為精準的力量來調整自身位置。

霍爾推進器就完美符合了空間站的需求。因為大推力很有可能稍微一發力就把空間站推到了十萬八千里遠的地方，只有小推力才能在沒有阻力的空間裡實現精準微調。

開啟霍爾推進器效果圖

更重要的是，霍爾推進器雖然推力小，但是壽命更長。天宮空間站作為一個長期在外太空停留的小基地，需要一個有耐力的推進器。如果使用化學燃料推進器，不僅需要經常補給燃料。更有可能因為壽命問題而比空間站提前“退休”。

所以我們力量微弱的霍爾推進器就像是龜兔賽跑中的小烏龜一樣，雖然跑得慢，但是更適合長久發展的空間站。

推進器救場

歷史上就曾發生過霍爾推進器救場的緊急事件。2003年，日本向太空發射了一顆小行星探測器。這顆名為隼鳥的小行星探測器在執行任務結束後準備返回地球。

但是使用化學燃料作為動力的主推進器卻突然失效。地面的日本專家急得跳腳卻無可奈何，因為無人探測器如果在外太空出故障，基本只能遺棄。

但當時隼鳥小行星探測器還搭載了霍爾推進器作為輔助推進器。為了不浪費國家花大價錢發射成功的探測器，專家只能啟動霍爾探測器來推動隼鳥小行星探測器返航。後來，霍爾推進器終於不負眾望帶回了探測器，雖然比化學燃料推進器多耗費3年時間，但是這也足以證明霍爾推進器的壽命更長 ，更適合長時間工作。

和傳統化學燃料作為推動力的其他推進器不同，霍爾推進器有著相當高的比重。傳統的發動機，即便是比衝最高的氫氧機也只有450s,，但是天宮空間站搭載的霍爾推進器的比衝數值為1500 - 3000s。這說明在消耗同等燃料的情況下，霍爾推進器能夠比燃料推進器提供更多的速度增量。

因此，在地面上只能推動一張紙的霍爾推進器成為了我國天宮空間站的重要推進力量。雖然我國在空間站搭載的霍爾推進器比國際空間站的推動方式更為先進，但是我國研發出霍爾推進器的時間並不久。

霍爾推進器助力人類邁向星辰大海

由於霍爾推進器的加速離子都只能在非常小的單位裡操作，噴射的離子質量也非常有限，所以推力才如此微弱。但作為航天領域的重要推進器之一，目前太空中至少有200個以上的霍爾推進器在運作。所以霍爾推進器在人類航天事業發展領域有著無可撼動的地位，它幫助著人類邁向星辰大海。

現在，我國使用霍爾推進器在天宮空間站成為了全世界都在關注的航天裝置。我國也主動打開了天宮空間站的使用權，免費向全世界開放。已經有二十多個國家主動申請進入天宮空間站的資格，希望能夠藉助空間站的獨特環境研發出更多有關航天領域的成果。

美國的星鏈衛星同樣搭載了霍爾推進器，該衛星自重227千克，推進劑重81千克左右。它所搭載的霍爾推進器是人類首次使用氪金作為推進工具。

其實大多數人都有一個誤區，就是人類在駕駛著飛行器在外太空航行的時候，以為一直會有動力噴射助推飛行器運動。但實際上，飛行器只在脫離地心引力的範圍內才會靠推進器運動。

比如阿波羅登月時乘坐的飛行器進入太空以後就沒有其他推進器為它提供推力了。推進器只在按下發射按鈕以後運行了短短十幾分鍾就沒有再繼續工作，飛行器在太空“飄”了三天才到月球。

假如我們以後製造出具有更大推力的霍爾推進器，那麼人類製造的飛行器在太空航行的速度方面就會大幅度提高。而霍爾推進器本身的各種優勢也會放大人類的征途範圍，幫助人類邁向星辰大海。