離子推進(jìn)器和霍爾推進(jìn)器是不是一個(gè)東西？

嚴(yán)格上來(lái)說(shuō)，不是。

因?yàn)榛魻柾七M(jìn)器只是離子推進(jìn)器里面的一個(gè)子集而已，離子推進(jìn)器的類(lèi)型其實(shí)有很多。

霍爾推進(jìn)器算一個(gè)，另外還有一個(gè)主流的，叫做柵格離子推進(jìn)器。它們的作用原理不盡相同，但結(jié)果都是，噴出高速運(yùn)動(dòng)的離子，靠反作用力來(lái)為衛(wèi)星或者是其他航天器提供推力。那它倆具體是怎么工作的，各有什么優(yōu)劣呢？今天我們就來(lái)簡(jiǎn)單了解一下。

先說(shuō)柵格離子推進(jìn)器，因?yàn)樗霈F(xiàn)的稍微早一些，在1960年代就被為NASA工作的物理學(xué)家哈羅德考夫曼發(fā)明了出來(lái)，并進(jìn)行了一些早期的演示性發(fā)射實(shí)驗(yàn)。

它使用的推進(jìn)劑是汞，也就是水銀。水銀原子，或者是其他作為推進(jìn)劑的惰性氣體原子，被注入到推進(jìn)器中的一個(gè)專(zhuān)門(mén)的腔室當(dāng)中后，會(huì)與電子槍發(fā)射出來(lái)的電子發(fā)生碰撞，從而被撞碎成為等離子體。

這些等離子體當(dāng)中的電子繼續(xù)留在腔室當(dāng)中參與更多的碰撞，制造更多的等離子體。而離子本身呢，則向推進(jìn)器后方的帶電柵格漂移。一般來(lái)說(shuō)，這里至少有兩層?xùn)鸥瘢瑤е煌碾?，從而在之間形成電場(chǎng)。

里面的那個(gè)柵格，有點(diǎn)像是個(gè)篩網(wǎng)，只將離子篩了過(guò)去。等離子來(lái)到兩層?xùn)鸥裰g，就會(huì)在這里的強(qiáng)大的電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，向后面的那層?xùn)鸥窨焖俦既?，最終逃離推進(jìn)器進(jìn)入宇宙。當(dāng)然，在推進(jìn)器的外部，還有一個(gè)電子槍?zhuān)鼤?huì)射出電子來(lái)與這些離子結(jié)合，形成電中和的廢氣。由此產(chǎn)生反向的推力。

好，那我們?cè)倏纯椿魻柾七M(jìn)器。

它稍微比前者晚發(fā)明了十年，但是卻比前者先工作的了二十年。

霍爾推進(jìn)器是蘇聯(lián)人發(fā)明的，在1971年首次亮相就是個(gè)正式員工了，它直接登上了一枚真正在太空中運(yùn)行的衛(wèi)星，作為其軌道穩(wěn)定器來(lái)使用。

而西方呢，一直要等到1990年代，才開(kāi)始認(rèn)真考慮起來(lái)。

那霍爾推進(jìn)器是怎么工作的？其實(shí)它的結(jié)構(gòu)比柵格離子推進(jìn)器還要簡(jiǎn)單。

基本上就是兩個(gè)套在一起的，一邊封閉一邊開(kāi)口的同心圓柱。兩個(gè)圓柱中間，是一個(gè)放電通道，也是推進(jìn)劑被電離后加速離開(kāi)推進(jìn)器的通道。在中央圓柱和周?chē)鷪A環(huán)里，都埋進(jìn)去了電磁鐵，它們產(chǎn)生相互垂直的磁場(chǎng)，一個(gè)用來(lái)約束從陰極釋放出來(lái)的電子，使其圍繞著通道高速旋轉(zhuǎn)，形成一片密集的電子云:

另一個(gè)用來(lái)形成電勢(shì)差，將從底部輸入的推進(jìn)劑與電子云發(fā)生碰撞后形成的離子加速后噴出，制造推力。

與柵格離子推進(jìn)器不同，霍爾推進(jìn)器由于在噴出離子時(shí)，會(huì)主動(dòng)拖上大量的電子自己中和，因此廢氣的質(zhì)量較大、速度較慢，相比起來(lái)，就是推力稍大但比沖較小了。

對(duì)了，我說(shuō)的速度慢，是相對(duì)的，它再慢，也至少有每秒十幾公里的速度。而柵格離子推進(jìn)器的噴速就很夸張了，可以高達(dá)90公里每秒。雖然每個(gè)離子的質(zhì)量很小，但你架不住它的比沖實(shí)在是高的驚人呀，只要給它足夠多的加速時(shí)間，它依然能將航天器推出極高的速度出來(lái)嘛。

這就來(lái)到了兩款離子推進(jìn)器的優(yōu)缺點(diǎn)上了。似乎，擁有更高比沖的柵格離子推進(jìn)器會(huì)更好是不是，畢竟咱們看發(fā)動(dòng)機(jī)，很多時(shí)候就是要看比沖嘛。但是，你得反過(guò)來(lái)看它需要你付出什么樣的代價(jià)啰。

在離子推進(jìn)器上，比沖基本上代表的就是排氣速度，而排氣速度意味著動(dòng)能大小，但動(dòng)能的大小其實(shí)是跟速度的平方成正比的。所以，更大的比沖，比如兩倍的比沖，是用四倍的速度換來(lái)的，四倍的速度就意味著你需要為離子發(fā)動(dòng)機(jī)提供四倍的電量才行——更大的太陽(yáng)能電池板、更復(fù)雜的供電系統(tǒng)、更重的航天器。

所以，真的值嗎？

也許做深空飛行，有更多的加速時(shí)間，是值得的。但是就在近地軌道機(jī)動(dòng)，或者是出一個(gè)周期很短的任務(wù)，當(dāng)然還是霍爾推進(jìn)器更香呀。