太空飛行：霍爾推力器如何使巧勁
來源：科普時(shí)報(bào) 時(shí)間：01-26 作者：唐銘陽
嵌套式霍爾推力器點(diǎn)火圖像（左：內(nèi)環(huán)工作，中：外環(huán)工作，右：雙環(huán)同時(shí)工作）。
（航天科技集團(tuán)六院801所供圖）
日前，風(fēng)云四號(hào)03星（又名風(fēng)云四號(hào)C星）在四川西昌成功發(fā)射。在這顆衛(wèi)星上，科學(xué)家為其設(shè)計(jì)的“矢量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)+小推力霍爾推力器”，將衛(wèi)星活動(dòng)空間從一個(gè)“足球場”精準(zhǔn)壓縮至“罰球區(qū)”內(nèi)，精度提升10倍以上。
霍爾推力器又稱為霍爾效應(yīng)推力器，主要應(yīng)用在空間站、衛(wèi)星、深空探測器等動(dòng)力系統(tǒng)，為它們?cè)谔罩刑峁┚珳?zhǔn)的姿態(tài)調(diào)整與持久穩(wěn)定的軌道維持動(dòng)力。
1879年，埃德溫·霍爾發(fā)現(xiàn)了正常霍爾效應(yīng)，兩年后又在鐵磁金屬中發(fā)現(xiàn)反?；魻栃?yīng)。具體來說，就是當(dāng)電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體材料時(shí)，在半導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢差的現(xiàn)象。
霍爾推力器屬于電推進(jìn)裝置，其原理是利用霍爾效應(yīng)電離惰性氣體，形成高密度等離子體，通過耦合靜電場加速離子以高速噴出，從而產(chǎn)生更強(qiáng)的推力。傳統(tǒng)推進(jìn)器主要依靠燃料燃燒獲得動(dòng)力，燃料需從地面攜帶，無法在太空中就地補(bǔ)給；霍爾推力器的優(yōu)勢在于，通過消耗太陽能轉(zhuǎn)換的電力和極少量的推進(jìn)劑，就能獲得所需要的推力，能大幅減輕航天器的載荷重量，更適合長距離、長時(shí)間的太空航行任務(wù)。
同時(shí)，霍爾推力器還具有高比沖優(yōu)勢。比沖是用于衡量火箭或飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)效率的重要物理參數(shù)，工程上習(xí)慣用秒表示，化學(xué)推進(jìn)的比沖為200-300秒（固態(tài)燃料），霍爾推力器的比沖是它的5至10倍，相當(dāng)于可以少帶5至10倍燃料。除了減少燃料的攜帶量外，霍爾推力器還有“四兩撥千斤”的能力。比如，在中國空間站上裝載的四臺(tái)國產(chǎn)霍爾推力器，雖然每臺(tái)推力只有80毫牛，但卻能在幾乎沒有阻力的太空環(huán)境中，對(duì)百噸級(jí)的航天器進(jìn)行姿態(tài)的精細(xì)調(diào)整，保障空間站在軌道上平穩(wěn)運(yùn)行。
從1970年“中國航天之父”錢學(xué)森提出大力發(fā)展電推進(jìn)技術(shù)，到霍爾推力器在中國航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，再到我國首款50千瓦級(jí)雙環(huán)嵌套式霍爾推力器成功點(diǎn)火運(yùn)行，中國科學(xué)家書寫著探索星辰大海的璀璨傳奇。
（作者系河南省漯河市市場監(jiān)督管理局八級(jí)職員）