人民網2月2日發文， 宣布中國首款霍爾推力器成功點火了！
但是這個霍爾推力器可能與大家想象中的強大動力不太一樣，它的推力僅僅能用「毫牛」為單位， 連一個雞蛋都推不動！
然而，就是這樣看似很沒用的裝置， 全世界都在苦苦追求，甚至只有三四個國家能造出來？ 這究竟是為什麽呢？
今天我們就來詳細聊聊。
著力點的變化
人類想上天，本質上就是在 脫離地球重力 。後者雖然一再扯人類後腿，但力之間的交互作用，也能給人提供一種向上的動力。
反倒是真正脫離地球重力的束縛後， 太空中著力點不存在了， 如何獲取新的動力就成了難點。
就像執行在天上的天宮空間站， 它要調整軌域，該使用何種動力呢？
這個在之前還真是難題，不過後來也沒有難倒科學家。下面就來跟大家聊聊， 一種在地球上只能推動一張紙的推力， 是如何推動空間站的。
竹竿撐著河岸讓船移動， 我們 用力跑跳之前往後蹬腿 ，這些都是產生 一個反作用力 ，從而讓船和人向前移動。
有作用力，有著力點，移動才能成為可能。 而航天領域的技術發展，從一開始科學家就沒有找到那個著力點。
於是 ，利用燃料向後噴射形成一個反作用力，就成了航天領域上天的基本動力。 比如航天發射，巨大的噴射所形成的反作用力，能夠讓其快速飛升，進而逐漸擺脫地球的重力。
同樣到了太空中，作用機制還是如此。只不過著力點的問題解決了，在開發中科學家 又得為動力源發愁。
化學推進系統
截止到目前，火箭上天依舊會噴射熊熊尾焰，由於用的是 化學燃料推進系統 ，因此產生火和高溫就是自然而然的。
在航天領域， 化學推進系統 的套用，經歷了一個 長期的發展過程 ，目前的 技術相當成熟，套用領域也很廣泛。 統計顯示，在航天領域，化學推進系統的使用比例達到了 九成以上。
雖然技術很成熟了，但是這種模式的缺點也相當明顯。那就是它所產生的 能量密度太低， 難以滿足人類飛的更高更遠，而要想飛得更高更遠，又得攜帶更多的燃料，這樣一來，就陷入了一種矛盾中。
比如當年美國登月，火箭帶著各類裝置 起飛時的重量超過了3000噸 ，可最終被送上月球的裝置和人員重量只有45噸 ， 其余大部份的重量都是燃料。
可以想象一下，假設人類想要去火星，甚至是離開太陽系，帶著更多數量的化學燃料上天，既不可能也不現實。再者，化學推進系統， 其速度最快只能達到每秒10公裏 ， 這已經是速度的極限，再無上升的可能。
也正因為如此，隨著航天科技的不斷發展，科學家又在化學之外，尋找別的動力源。而新的技術， 就是電推進系統。
電推進系統
據說，在研究其他推進系統之前，科學家想把粒子推進器運用到推進系統中，因為它產生的動力強勁， 可以讓粒子達到光速的99% 以上 。
雖然想法不錯，但科學家目前將其縮小化，類似的裝置能達到成百上千米，運用到航天器上當推進系統，想想就不現實。
於是乎在這個思路上， 迷你版的離子推進器 就誕生了。
其原理本身也不復雜，電子去游離原子就能生成離子，離子在電場的作用下會加速運動，從而向後噴射形成一個 反作用力 。
這樣一來，體積大小就不成問題了，最小的裝置，甚至只有一些家用小電器大小。別看體積不大，產生的推力， 卻比傳統的化學動能高出了十幾倍 。
眼看問題就要解決了，但是這世界上豈能會有百分百完美的狀態。速度和體積都不成問題，但是使用時間卻很成問題， 使用壽命很短，根本不適合在航天領域套用。
原來，被游離後的離子在加速的作用下，會和用於產生加速效應的電極柵板相互碰撞。這樣一來，不但會嚴重影響使用效率，而且還會縮短使用壽命—— 那塊板很快就會在碰撞中損壞。
要不說科技進步是螺旋上升，面對新的問題，科學家只能透過改進方式方法來解決問題。以往的設計方案， 離子的產生區域和加速區域是被分開的，而要加速噴射，就一定會碰到那塊板， 所以這是一個死結。
為此科學家改變思路， 幹脆將產生區和加速區兩塊進行合並， 這樣原來的那塊板就不會礙事了。
新的設計方案，隨即就將噴口區的結構改變， 做成了完全敞口的形狀 。這樣加速的問題解決了，也不會因為相互碰撞而影響使用壽命。
然而不出意外的話又出意外了，解決了這個問題，新出現的問題是 電子和正極板產生碰撞 ，這樣 推進系統產生的效率又下降了 。
於是，科學家只能想辦法來約束電子，最終想到的思路是用磁場。利用磁場來限制電子的運動，從而將其牢牢束縛在結構周圍， 先是跟原子碰撞成離子，然後再噴射形成推力 。
這種新技術所運用的是 霍爾效應 ，所以當新的推進系統研制取得突破性進展後，被實際套用的推進器，也就叫 霍爾推進器 了。
動力不夠，執行任務夠了
多年來，科學家千辛萬苦研制成功的電推進系統，其實際的推力實際上連一張紙都推不動。比如美國某款衛星上使用的霍爾推進器 ，推動力只有165毫牛 。 日本小行星探測器上使用的推進器， 推力更是只有29.56毫牛 。
正因為力量太小，所以在火箭發射領域還沒法套用。目前，這種推進系統， 主要套用在航天探測器、飛船、衛星以及空間站上。
這些裝置不需要太大的推力， 比如空間站， 軌域的修正和維持，姿態控制改變等等， 使用這種推進器就完全足夠了。
中國的天宮空間站上，就裝配了霍爾推進器，空間站在軌執行的一切動作，都是靠它來提供推力完成的。
從套用優勢來看，所有已經在太空中的航天裝置，不管是衛星還是空間站，它們本身不受地球重力影響，在軌執行雖然有軌域偏移或者下落的可能，但是整體振幅很小， 利用霍爾推進器將其軌域扶正就行了。
相比於傳統的化學推進系統， 電力推進系統不需要消耗燃料 ，相對而言就更加經濟便捷。
其次， 霍爾推進器的推力雖然不高，但是自身功耗低，並且比沖又很高， 就像細水長流， 持續性很強，最終形成的推力速度也不慢。
比如美國的深空一號探測器，所使用的就是該型別的推進系統，此前透過持續性的加速運動， 甚至比土星的執行速度還要快。
最後， 小退力可以執行一些更精準的推力任務。 比如現在一些衛星要組網執行，各衛星之間的軌域和距離都要保持精準，如果衛星本身所使用的推力系統很大，難以確保整體的精準度。
但如果推力不大的話，就可以透過緩慢的推移方式， 讓各個衛星保持精準的間距。 所以這樣一來，霍爾推進器也算是能發揮自身優勢了。
但是話又說回來，小推力畢竟是目前不得已而為之的選擇。大推力的系統肯定更好，只不過目前各國的技術都還達不到那種程度。
而且，即便是這種毫牛級別的推力， 目前掌握該技術的國家也是屈指可數。
中國電推進系統的研制
上世紀60年代，中國開始研究基於太空套用的電推進技術。到80年代，航天科技集團的510所研制成功了LIPS-80離子推力器。
90年代，又進一步研究出了 霍爾推進器和霍爾電推進系統， 這也使得中國成為美俄歐之後 第四個 掌握該技術的國家。
目前在天宮空間站上， 核心艙上配置了4台霍爾推進器。 日常所需的電能，透過太陽能來獲取，可以根據推力的需要，長期執行使用，空間站在軌的安全執行有保障，最後對燃料的消耗又相當的低。
新型號又研發出來了
中國的電推進器，在2020年時就實作了 從毫牛級別向牛級別 的跨越，而今在新的研制中，推進器的推力再次得到了提升。
根據公開的資料顯示，航天科技集團的六院801所， 研制的50千瓦 級推進器 ，近日實作了點火和穩定執行。
相比於此前的型別，新研制的是 雙環巢狀式的 ，這是中國在該型別領域的第一款成功裝置，也是 世界上第三個 實作該技術突破的國家。
新研制的型別，更有利於在航天器上布局和使用，因為在相同功率的情況下， 推進器整體的體積縮小了 ，這樣就能更節省空間和重量。
目前，中國的霍爾推進器產品，推力從5毫牛到5牛的型別都有，可以滿足不同的航天器裝置需求。如今， 累計有60台 霍爾推進器正在太空執行工作，套用的各類航天器有34個 。
結語
人類對太空的探索，有一個從近到遠的過程。在距離地球比較近的情況下，傳統的推力系統，以及推力較小的系統，還能滿足使用需求。
未來，人類要想探索範圍更大的宇宙，推進系統也必須得有突破性進展。 既要滿足持續性，又要滿足大推力， 這樣才能確保未來的航天器能走的更快更遠。
以霍爾推進器為例，如何讓它產生更強大的推力，如何保證在 不增加體積的情況下產生更強大推力 ，這都是未來研究的主要方向。
除了中國在這方面持續研究外，美俄以及歐洲，也在這一領域馬不停蹄進行研究。但目前主要的矛盾點還是，要想獲得真正的大推力，就必須得把推進器造的更大才行。
很顯然，各國的科學家們，又處在一個新的十字路口。因為未來的技術發展會怎麽樣，現在都還不知道。而技術的進步，還會是曲折式的。 沒有百分之百的完美，只有不斷的革新和完善。
參考資料：
【此前只有兩個國家掌握這一技術，中國實作突破！】 人民網 2024年2月2日
【推力只有80毫牛的發動機，如何推動天宮空間站？】 北京科協 2021年8月19日
