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電火箭（用于衛(wèi)星姿態(tài)控制等的設(shè)備）

次瀏覽 | 更新時(shí)間：2023-05-20

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電火箭

用于衛(wèi)星姿態(tài)控制等的設(shè)備

電火箭是正在發(fā)展中的新技術(shù)，屬于非常規(guī)推進(jìn)系統(tǒng)。也稱為電推進(jìn)火箭，它和化學(xué)燃料的運(yùn)載火箭工作原理不同。化學(xué)火箭利用推進(jìn)劑的化學(xué)反應(yīng)（燃燒或分解）產(chǎn)生燃?xì)猓偈谷細(xì)鈴膰姽芘懦龆a(chǎn)生推力。電火箭是借助電能使工質(zhì)離解成為帶電粒子，再通過(guò)加速這種帶電粒子流來(lái)獲得推力。它的排氣速度很高，每秒可達(dá)幾十公里、幾百公里，甚至更高。

基本信息

外文名	electric rocket
排氣速度	每秒可達(dá)幾十公里、幾百公里
適合	各種衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道修正
特點(diǎn)	推力小、速度快、操作靈活等

電火箭介紹

根據(jù)能源的不同，火箭可分為化學(xué)火箭、電火箭、太陽(yáng)能火箭和核火箭等?；瘜W(xué)火箭又分為固體火箭、液體火箭和混合推進(jìn)劑火箭，不論何種火箭，它們的工作原理都是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)噴出高速氣體，由其產(chǎn)生的反作用力推動(dòng)火箭前進(jìn)。

利用電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推進(jìn)的火箭（見(jiàn)電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)）。電火箭具有推力小、速度快、操作靈活等特點(diǎn)，適合于各種衛(wèi)星的姿態(tài)控制和軌道修正。歐洲首顆月球探測(cè)器“智慧—1號(hào)”上采用的這種新型動(dòng)力裝置，利用高效砷化鎵太陽(yáng)能帆板把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)換成電能，并通過(guò)特設(shè)結(jié)構(gòu)使部分電能產(chǎn)生電磁場(chǎng)；同時(shí)利用稀有惰性氣體氙氣作為工作介質(zhì)。該新型動(dòng)力裝置在航天器上還是首次使用，它比通常使用的化學(xué)火箭的效率要高出10倍，且需工作介質(zhì)較少，可使航天器攜帶更多的有效載荷。由于太陽(yáng)能是用之不竭的再生能源，因此它能在太空無(wú)重力狀態(tài)下連續(xù)工作幾年時(shí)間。這種動(dòng)力裝置的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的推力很小，加速很慢。

電火箭

電火箭與常規(guī)火箭相比，沒(méi)有龐大的身軀，就像一臺(tái)小小的電子儀器，其推力也小得多。

通常常規(guī)火箭的推力可達(dá)30兆牛，這個(gè)巨大的能量可將成千上萬(wàn)噸的航天器送入太空。而一般的電火箭，由于電子的質(zhì)量很小，它所產(chǎn)生的推力也就十分微弱，往往只有1／50牛。這種力量在地球上僅能托起一只乒乓球，與常規(guī)火箭相比，顯得非常渺小。

不過(guò)，對(duì)于在太空中處于失重狀態(tài)下的航天器來(lái)說(shuō)，這個(gè)微弱的力足以推動(dòng)其前行或移動(dòng)了。1968年，美國(guó)首次將一組4個(gè)彼此相差90度的微型電火箭安裝在一個(gè)同步衛(wèi)星上。盡管這些電火箭只能產(chǎn)生很小的推力，但在幾乎沒(méi)有什么阻力的太空，它足以保證同步衛(wèi)星的正確運(yùn)行。

電火箭定位的精確度也令人吃驚。歐洲航天局在2000年發(fā)射的6顆衛(wèi)星上，全部采用了電火箭定位技術(shù)，它們?cè)谙喔?00萬(wàn)千米的距離上，位置精確度卻達(dá)到了1厘米。如此高精度的技術(shù)的確令人折服。

電火箭按電能的推進(jìn)劑不同，可分為電熱系統(tǒng)、靜電系統(tǒng)和電磁系統(tǒng)三類。與燃料消耗大、壽命短的化學(xué)火箭相比，使用電能推進(jìn)劑的電火箭幾乎不用擔(dān)心推進(jìn)劑用盡的問(wèn)題，它可以長(zhǎng)時(shí)間地連續(xù)運(yùn)行。另外，電火箭還有能多次啟動(dòng)和控制的優(yōu)點(diǎn)。

電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)介紹

用電能加速工質(zhì)（工作介質(zhì)）形成高速射流而產(chǎn)生推力的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它與化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不同，能源和工質(zhì)是分開(kāi)的。電能由飛行器提供，一般由太陽(yáng)能、核能或化學(xué)能經(jīng)轉(zhuǎn)換裝置得到。工質(zhì)常用氫、氮、氬或堿金屬（銫、汞、銣、鋰等）的蒸氣。電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖高、壽命長(zhǎng)（可起動(dòng)上萬(wàn)次，累計(jì)工作上萬(wàn)小時(shí)），但推力小于100牛（10公斤力）,適用于航天器的姿態(tài)控制、位置保持和星際航行等。

電火箭推進(jìn)的空間探測(cè)器

1906年美國(guó)R.H.戈達(dá)德提出用電能加速帶電粒子產(chǎn)生推力的設(shè)想，并于1916年進(jìn)行了初步試驗(yàn)。電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的推力很小，不可能用它從地面發(fā)射任何有效載荷，因此一直未能進(jìn)入實(shí)用階段。直到1957年第一顆人造地球衛(wèi)星上天以后，電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研究才逐漸引起重視。1960年以后，蘇聯(lián)、美國(guó)研制出各種電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，并進(jìn)行了多次空間飛行試驗(yàn)。中國(guó)和其他一些國(guó)家也相繼開(kāi)展了電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和制造。已研制成功100多個(gè)不同類型、不同尺寸的發(fā)動(dòng)機(jī)，使電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入了實(shí)用階段。

電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)由電源、電源交換器、電源調(diào)節(jié)器、工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)和電推力器等組成。電源和電源交換器供給電能；電源調(diào)節(jié)器按預(yù)定程序起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并不斷調(diào)整電推力器的各種參數(shù)，使發(fā)動(dòng)機(jī)始終處于規(guī)定的工作狀態(tài)。工質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)貯存和輸送工質(zhì)。電推力器將電能轉(zhuǎn)換成工質(zhì)的動(dòng)能，使其高速噴出產(chǎn)生推力。

電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)按工質(zhì)加速方式可分為三種類型：電熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、靜電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和電磁火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

電熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

利用電能加熱工質(zhì)（如肼、氨、氫等）使其氣化，經(jīng)噴管膨脹加速、噴出產(chǎn)生推力。電熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)按加熱方式又可分為電阻加熱式和電弧加熱式兩種。電熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)比沖為700～1000秒，推力為0.01～0.1牛（約10-3～10-2公斤力）。

靜電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工質(zhì)（如汞、銫、氫等）從貯箱經(jīng)過(guò)電離室電離成離子，在引出電極的靜電場(chǎng)力作用下加速形成射束。離子射束與中和器發(fā)射的電子耦合形成中性的高速束流，噴射而產(chǎn)生推力。推力通常在(0.5～25)×10-5牛之間，比沖達(dá)8500～20000秒。

電磁火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

利用電磁場(chǎng)對(duì)載流等離子體產(chǎn)生羅倫茨力的原理，使處于中性等離子狀態(tài)的工作介質(zhì)加速以產(chǎn)生推力。其比沖為5000～25000秒。

相關(guān)連接

第一次試飛：1982年l月，我國(guó)第一次成功地進(jìn)行了電火箭的空間飛行試驗(yàn)。這次試驗(yàn)成功，標(biāo)志著我國(guó)電火箭的研制工作已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新階段，使我國(guó)繼美、蘇、日后，有了一種新型空間微推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

發(fā)射電火箭，實(shí)際上是把離子加速器和發(fā)電設(shè)備搬到空間去，所以困難是相當(dāng)大的。我國(guó)第一次試飛電火箭成功，說(shuō)明我國(guó)在電火箭的研制中已經(jīng)克服了許多技術(shù)困難，掌握了電火箭的基本規(guī)律。

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