“不吹這臺推力器了,這款推力器的原理樣機研製成功,肯定是振奮人心的,給電推部門點個贊!從別的角度說着事情,10240千瓦功耗,因電推進推力器一般都是長時間點火的應用模式,還是着眼於多年以後的應用。型號角度,作爲耗電和發熱大戶,由於石墨烯的大量應用,此款推力器也給目前飛行器平臺的能源和熱控能力帶來了比較容易解決方案。
10240kw恐怖的耗電,以及按功率處理單元轉換效率接近100%,石墨烯真不愧是材料之王,想想就很替總體電路和熱控分系統拍手叫好,信心爆棚.......
直觀的說,霍爾推進器的未來的終極目標:星球大戰中‘帝國級殲星艦’的主發動機。原理也很簡單,給你畫個圖........P處加入推進劑(惰性氣體,氙氣),A處電離出正離子,BC之間有電勢差,離子自B向C加速噴出形成反作用力,推動飛行器運動。”葉華自嗨道。
“幾百噸的葉華太空望遠鏡,只有540牛頓的推力能有什麼用呢?”躺在葉華懷裡的鐘掓慧睜着大眼睛化身好奇寶寶不停的問着。
好爲人師的葉華不厭其煩地對鍾掓慧解析道:“霍爾推進器的優勢是能夠穩定的輸出能量,而且能夠輸出很久很久,其他化學火箭雖然推力巨大但燃料有限,所以持續不了太長時間,在漫長的星際賽跑時,霍爾推進器就能勝利。
簡單講,火箭發動機是鳩摩智火焰刀燃燒噴射推進;普通離子推進器是段正淳一陽指離子流推進;霍爾發動機是段譽六脈神劍磁場約束離子流推進。
中學物理實驗課我們做過一個實驗,叫做‘霍爾效應’。
在通電導體的電流垂直方向,施加一個勻強磁場,那麼帶電粒子會因爲洛倫茲力而發生偏轉,在導體兩側產生電勢差,把電子流約束在一側。
霍爾發動機聽起來很科幻,其實就是應用了這麼一個原理。普通火箭發動機是靠燃燒化學燃料,噴出燃燒氣體推進;霍爾發動機靠的是強磁場和電場,拋出的是離子流。
霍爾效應中的磁場形成電勢差之後,可以約束電極射出的電子流,讓電子流在磁場中形成旋轉的霍爾閉環。電子流本身幾乎沒有質量,無法利用動量守恆拋出質量後推動自身前進。這些電子流在電磁場的作用下加速,撞擊並電離作爲推進劑的氙氣,電離態的氙再被電場加速射出。那麼,飛行器就能獲得向前的動力。
這東西的好處,就是不用攜帶太多的化學燃料,不用任何化學反應,直接靠電能噴射出的離子流獲得動力,更節能環保,也更好微操。比如說,衛星在軌道上各種姿勢調整的時候,就得靠這個來微操。別看推力只是牛級,但在幾乎沒有空氣阻力的太空中,夠用了。
而且,由於霍爾發動機的高推衝比,使得它確實高效節能,我們的夢幻飛機還攜帶了一個名爲GOCE的衛星探測器來探測地球重力場和海洋環流。由於測量精度要求,它的飛行軌道低至250公里,在這個高度,空氣阻力並不能被忽視。它裝備了一臺霍爾推進器,不間斷工作了2年只消耗了40公斤氙。這是普通火箭發動機做不到的。未來深空探測、宇宙航行,這個都大有前景。”
鍾掓慧又問:“華仔,是不是以後我們都是隻用霍爾推進器了?”
換了一個姿勢,葉華耐心解說道:“任何事物都有兩面性,要一分爲二地看問題。只看問題的一面,而不看另一面,就不能得出正確的結論。那就先把霍爾推力器一分爲二吧。
霍爾推力器香不香?真香!香在哪兒?香在比衝高,工作壽命長!
不要以爲‘牛級’量級小,貴在持久。正如一個古(gai)老(bian)的印度故事,國王想獎勵一名大臣,大臣要求國王賞給他一副圍棋盤的米粒,第一個小格子一粒,第二個小格子兩粒,第三個小格子四粒,之後每一格的米粒數都是前一格的兩倍。國王不假思索地答應,但後來才發現,整個王國的大米都不夠封賞這位大臣。這就是指數的力量。
我們所熟知的傳統火箭發動機,都是通過化學燃料燃燒,並噴射出制熱的氣體,從而達到推進作用的。而離子推進器,並不採用化學燃燒的方式,而是通過電能作用於工質激發高速離子流向後推進的,雖然也是通過向後噴射達到推進的目的,但其噴射的是一束帶電粒子或離子。它所提供的推動力或許相對較弱,但關鍵的是這種離子推進器所需要的燃料要比普通火箭少得多。只要離子推進器能夠長期保持性能穩定,它最終將能夠把太空飛船加速到更高的速度。
我們以推力爲 0.092 牛的推力來計算,則其能帶來的加速度是 0.092 / 1000 = 0.000092 m/s^2,這是一個非常小的加速度,大家肯定說,這個好在哪呢?別急,這樣的加速度,如果持續推進一個星期,也就是 604800s 後,將把速度提升到 55.6 m/s(一秒前進55m,兩秒跑完110m)。還是不快啊!再來!一年之後,也就是 3.15 × 10^7 s 之後,速度將達到 2898 m/s。
我們現在可以把推力從 0.092 牛,假設增加到 540 牛(增加 5400 倍),同樣工作一年,我們可以得到的在一年後的速度是17029440m/s,那如果工作 5 年呢?10年呢?這個最終速度將是驚人的。
這東西目前老大哥比較常規的應用是衛星,低軌道衛星維持軌道高度,高軌道衛星進行變軌校軌,相比於傳統的化學火箭推動,霍爾推進器的一大特點就是比衝高——可達5000s以上。當然它還是要消耗推進劑的,但是由於噴氣速度極高,其消耗同等質量推進劑產生的動量也就更大,因此,衛星的使用壽命就能得以延長——衛星的推進劑耗盡了,想要補加可沒那麼容易。
開一下腦洞,大推力電推或許能夠改進太空望遠鏡的形態——沉重的外殼、伺服電機系統都不再需要了,只需要鏡片和傳感器,在它們上面安裝上霍爾推進器,由地面控制,於是同等的發射載荷,望遠鏡的口徑卻能夠大幅度增加。或者深空探測,高比衝大推力的電推在此方面大有作爲。
簡單說,牛級別的,基本上的作用就是兩個,一個是大型衛星的維持,或者搬軌道。要發射高軌道衛星,很多時候,弄個氫氧機的上面級火箭。這個火箭發展一下。可能能代替上面級,一般來說。離子火箭的比衝是化學火箭的十倍到二十倍。目前的技術。大概作用就是,高軌道衛星比如能比原來多百倍的載荷。比如,原來能發射10噸重的衛星,用這個火箭搭配。能發射2000噸重的。
另一個重要的作用。就是發射深空探測器。探索太陽系的裡其他的行星。小行星帶。等等,必定目前這種。這個火箭。一牛的推力,20KW的電。給探測器掛20KW電的電池板。自己在太空慢慢加速。所以簡單理解。就是個增程器的作用。
還是從剛纔的數據說。20KW 一牛的推力的作用,就是增程器。那麼我們的大功率霍爾推進器呢?已把發電功率做到兆瓦級,把推力擴大上百倍。這種最終需要的發動機。作用呢?就是不在當增程器了。簡單說,是行星擺渡機。比如。在地球和火星之間。幾十天擺渡飛船。或者,一個更有意義的作用。我們原先設想的,在小行星上開礦,拉回來一些鉑金、黃金、稀有金屬一類。我們這種兆瓦級的太空發電機的實現,說明我們已經具備這樣的技術,加上核能,滿身的太陽能電池板,已經有行星擺渡機的雛形了,絕不是老大哥那種增程器。如果原來充足,的確是星辰大海利器。
而霍爾推力器就是航天器的“指數級”推力器,在超長工作壽命期間,航天器始終在微小、但始終存在的加速度下前進,用於低軌衛星維持軌道或者深空探測飛行器加速,最終累計效果遠好於普通化學化學推進劑。
那另一面呢?其實就隱藏在前面的‘牛級’裡。
由於產生的瞬時推進力實在太小,緊急任務或者一般短時間尺度內的任務都指望不上霍爾推力器發揮作用,只有長期任務纔是它的主戰場。另外,霍爾推力器一般是能耗大戶,能夠達到幾十甚至上百千瓦級(雖然太空中最不缺的就是電,但畢竟別的載荷也要用電呢),即便使用了石墨烯能源轉化率接近100%,那要散失掉的熱量功率也有十瓦級到百瓦級,這在太空中對航天器熱控分系統的散熱壓力也非常大。
再說說大馬島的航天科技集團兄弟們這次的成果。
好的一面,非常漲士氣!我們在航天探索方面在投資多,壓力大、任務也重的情況下,依舊能夠無愧於心,成果斐然。從前年開始,就不斷傳來霍爾推力器的好消息,牛級、十牛級,終於到了今天的百牛級,殊爲不易。科技城航天近些年在深空探測領域持續發力,未來探火、探木、探小行星、空間科學衛星等等,都會是電推進技術的大發展領域。
另外,我們航天已經開始在低軌甚至超低軌衛星方面佈局謀劃,霍爾推力器也能夠派上大用場。可謂正逢其時、物必所用。
那不好的一面呢?可能聽起來有些老調重彈了。我們距離火星城市計劃可能還有些差距(是的,要比就要和最好的比),我們的技術距離真正發揮主力作用可能還有些坎坷。不過,空談誤國,實幹興邦,有無問題不解決,談超越歐美毫無意義。今年是科技城航天‘超級1982’年,到年底就已經開始精彩了!
很不錯的一個進步,未來太陽系內遠距離航行都要靠此類放大版的推進器。
然而最大的限制還是燃料不足,太陽能發電不能離太陽太遠,其他發電效率太低,散熱極其困難,還好我們有量產的石墨烯,希望核聚能技術儘快應用到上面,加快推進火星城市計劃。”
聽着葉老師這種高大上的課題,鍾掓慧靈魂承受着生命不能承受之重,嬌笑道:“不明覺厲,高大上,就像你說的,贊就完事了。說實話我不懂,但是特別期待這樣的新聞和通告!科學的進步值得每一個人知道和感興趣,特別應該在小孩子心裡種下種子........”
葉華眯眼笑道:“小孩?種子?這有啥難度呀,你幫我辦事,我這不是更應該的嗎?”
鍾掓慧痛苦笑道:“華仔,你太強大了,我都習以爲常了。看到你的事業的飛速發展,心裡感到很開心。”
鍾掓慧從未感覺到自己的底氣有那麼的足。通過葉華的幫忙,她以藝術特長生負責了價值5千萬美金的谷歌網絡技術公司,(這是一家總部位於科技城的人工智能公司,專門爲智能手機和機器人應用提供AI解決方案,擁有自己的人工智能平臺,並專注人工智能的開發。而這次翻雲覆雨成功後,查打銀行、蘇格蘭皇家銀行、國王銀行、太平洋銀行等金融機構另外再融資1億美金。當然,這1億美金只能在新技術開發上使用,並且由地獄男爵投資公司擔保和監管)。而現在X tractor智能拖拉機還在試產就接到了大馬島和葉華在蒙大拿投資的農場公司3億美金的訂單,等大批量生產交付後,又能回籠了大量的資金。鍾掓慧差點兒就要熱淚盈眶:“多少年了,總算熬出頭了。”
而公司的業務量大增,就不得不臨時招募了上千位短期僱工。現在的谷歌公司不缺錢、不缺人手,而鍾掓慧反而要爲另一件事發愁——僅僅就是十多天,從大馬島訂購的那些石墨烯電池,居然已經快要供應不上?
而這次葉華打電話一說,古琳女王更是豪邁,大筆一揮,再次給了180萬PCS石墨烯電池,其中30萬個智能拖拉機提前供應大馬島的農業開發,到給到蒙大拿農場的只有10萬,其他的石墨烯電池主力開發大功率挖土機、卡車、高鐵.........