2020年1月16日,我國成功發射了名為“快舟·富強福號”的運載火箭,攜帶10GB帶寬的通信衛星。這次的發射有一個關鍵,就是其攜帶的衛星所用的推進裝置叫“霍爾推進器”,並且是“牛級”霍爾推進器。

霍爾推進器是一種全新的太空動力引擎。傳統的火箭推進器是用液氫或液態甲烷混合液氧並點燃,點燃後利用它們產生大量的高速氣流,讓火箭獲得強大的反推力,進而推動火箭。這種傳統方式的推進效率實際上不夠高。你別看火箭那麽大,其實大部分體積是用來裝燃料的,而衛星隻有火箭頭上的很小一部分,用那麽大的火箭攜帶那麽小的衛星,推進效率不高。

霍爾推進器的原理完全不同,它用的不是化學能,而是電能,是電動引擎。之所以叫霍爾推進器,是因為用到了“霍爾效應”。霍爾推進器的原理是這樣的,它有一個環形的腔室,然後由陰極發射大量的電子到腔室裏麵,腔室裏有一個垂直於圓環的強磁場,由於運動的電子在磁場中會受到洛倫茲力的作用,這可以讓電子在圓環裏麵高速轉圈。同時,腔室裏麵放入惰性氣體,譬如氙氣。這是因為惰性氣體比較穩定,不太容易發生化學反應。剛才獲得的高速運動電子不能直接用來推進,因為它們質量太小了,用來做工質時推進效率還是太低。接下來要讓高速電子跟氙氣原子碰撞,把氙原子的電子給撞出來,這樣氙原子就帶正電了,變成了氙離子,於是就形成了等離子體。再給這些等離子體加一個強電場,電場就會給氙離子加速,再把高速的氙離子向後推出去,高速氙離子流就會產生推力。

霍爾推進器極有可能是未來星際旅行的必選方案之一,因為它的效率高。霍爾推進器的效率,是傳統火箭推進器效率的10倍,能達到50%~70%。由於霍爾推進器的體積小,一個人就能抱得下,不像火箭推進器要有那麽大的罐子裝載,它幾乎可以一直工作下去,因此霍爾推進器是更先進的星際航行引擎。

以人類現有的航天技術,要實現載人火星探索是比較困難的,因為帶不了足夠燃料,無法把飛行器加到足夠快的速度。速度不夠快,就沒有辦法在短時間內到達火星,而如果飛行時間太長,宇航員的危險係數就會很高。現在去一趟火星,要飛一年多,正常人都受不了,傳統宇宙飛船,速度最快到時速7萬千米就很了不起了。但霍爾推進器的效率高,可以長時間加速,能把宇宙飛船加速到時速80萬千米,飛一趟火星隻要幾個星期的時間。當然,霍爾推進器也不是沒有問題,它的問題在於推力比較小,所以加速時間較長。我國的牛級霍爾推進器,它的關鍵詞是“牛級”,也就是單位輸出功率下,能達到一牛頓數量級的推力。其他國家的霍爾推進器大多是“毫牛級”,我們國家的霍爾推進器實現了數量級的突破。

以後的航天方案應當是火箭推進器與霍爾推進器一起使用,從地球上起飛進入大氣層並擺脫地球引力,估計還要靠火箭,因為要克服巨大的引力和空氣阻力。等真正進入太空,沒有了阻力,霍爾推進器的超強耐力就體現出來了,也許人類的航天事業就要進入新紀元了。