你可能不知道，我国空间站上的推进器，所产生的力量，只能推动一张纸。

有人会说肯定是乱说，空间站那么大一个飞行器，推进器怎么可能这么弱？

事实上，不仅是我国的空间站，人类在太空中建立的很多飞行器，推进器的功率都没有我们想象的高。

为何火箭发射的推进器火花喷射，到了太空中的空间站，推进器却如此弱小呢？

这是因为太空的环境和地球完全不一样，有的时候很小的一个力量就可以改变航天器的方向。

火箭推进器

太空中的动力

空间站虽然利用地球的引力围绕飞行，但是有些时候它需要改变自己的运行方向，所以就得使用自己的推进器。

很多人认为空间站长得这么巨大，肯定需要很大的动力才能驱动。

这个想法在地球上是对的，比如火箭将天宫空间站发射升空，需要燃烧燃料产生巨大的推力；但是在太空，完全不需要这么巨大的力量。

我国的天宫

首先，太空中不会受到重力的影响，是完全失重的情况，如果没有外力或者力处于平衡状态，飞行器保持静止或者匀速直线运动。

这个时候随便施加一个外力就能产生加速度，让物体的运动状态改变。

其次，太空中没有空气阻力，不需要将额外的能量消耗在这些地方，能够将供给的能量转化为动能。

失重情况

当初阿波罗11号登陆月球，NASA害怕燃料不够，给月球登陆舱带了很多燃料，结果只用了一半。

最后就是，太空中使用的推进器是不用燃料的。太空是真空环境，无法点燃，如果想要点火，需要携带助燃剂，这样就会导致携带的物品过重。

要知道上天的航天器械，是能轻一点就轻一点，绝不多带一克。

如果采取燃料推动，那么我们现在的天宫系列至少会重一倍。

所以，空间站的驱动使用的是电磁作用推动，利用的是霍尔效应，因此叫做霍尔推进器。

空间站的载重量需要精打细算

霍尔推进器

电子进入磁场之后，会发生偏转，导致电子落在某一个区域，形成电位差，电位差是电流发生的必要条件。

也就是说，只要携带一个磁场上太空，就可以产生电。如果利用电流给粒子加速，就能得到高速粒子流。

霍尔推进器就是这样的原理，利用磁场加速粒子，产生具有能量的粒子流，从一个地方喷射出来，提供动力。

霍尔效应与霍尔

虽然名叫叫粒子流，还是高速的，但是因为粒子的质量太小，产生的能量在地球上只能推动一张纸。

然而放到真空的宇宙，就可以推动巨大的空间站运动。

霍尔推进器的粒子，来自于一种稀有气体氙气，使用它制作的氙气灯是市面上比较受欢迎的照明设备。

氙气很容易被电离，疝气灯的工作电流仅需要3.5A，会产生白色超强电弧光，类似于白天的太阳光。

我们常见的汽车的前照灯，里面就填充有氙气，可以让它们在漆黑的夜面照亮前方的路。

汽车上的氙气灯

霍尔推进器里面添加氙气，只需要给一个电压，就能使之电离，产生带电粒子。

再使用电流为其加速，用磁场控制粒子运动的轨迹，最终被喷射出来，形成推动力。

可以通过内部的电流控制粒子的速度，从而控制喷射出来的粒子流能量，以便于调整推进的力量。

这种推动器不仅可以用在空间站上，还可以用于小行星探索上，未来的月球、火星基地也可以使用霍尔推进器。

可以说，人类未来的星辰大海，离不开霍尔推进器。

航天器的霍尔推进器

我国空间站的霍尔推进器有两部分组成。一个是它的电场，通过太阳能电池板，将太阳能转换为电能。

此外，核心内部还带有一块备用电池，如果太阳能电池板出现故障或者恰好运行到背对太阳的位置，可以及时为推进器提供电量。

另一部分是推进器的磁场，并不是在地球上拿磁铁安装上去，而是利用电可以生磁形成的电磁铁，电量同样来自太阳能以及备用电池。

空间站上的太阳能电池板

电磁铁的好处在于可以通过控制电流控制磁场的大小，从而对粒子的偏转进行改变。这比安装固定磁铁更加灵活。

可能很多人会觉得霍尔是才出的新技术，其实并不然，它最初是前苏联工程师齐奥尔科夫斯基针对高海拔地区发明的。

直到上个世纪50到70年代，美苏进行太空竞赛，看重了霍尔效应的节能，于是大力发展霍尔推进器。

然而，霍尔推进器并不是完美无缺的，它依然有几个弱点需要改进。

霍尔推进器与它工作时候

霍尔推进器的改进

首先就是霍尔推进器使用的粒子源，来自氙气的电离。

氙气虽好，可是含量太少，它是稀有气体，在大气中的含量几乎可以忽略不计。

人类的氙气主要来自核裂变，原子弹爆炸的现场就会有氙原子诞生，氙来自于大质量原子的裂变反应。

科学家们试着使用别的稀有气体，比如价格更便宜的氪气代替氙气，已经在Space X的星链计划中得以应用。

昂贵的氙气

其次，霍尔推进器的寿命很短，高能离子束具有巨大的能量，这就和快速流动的水柱一样具有“切割”的效果。

所以每100个小时，霍尔推进器就会被“腐蚀”掉1毫米，按照大部分霍尔推进器的大小，使用寿命在几千个小时，甚至更短。

霍尔推进器寿命完结之后，就会被舍弃，整个航天器要么更换设备，要么直接抛弃。

根据之前各国对待空间站的态度来看，人类基本上选择抛弃。

霍尔推进器保护

最后就是，霍尔推进器的力量突破值太小了。

天宫空间站的霍尔推进器推力在1牛顿，在它之前的推进器力量在零点几牛顿。

如果想要实现未来的星辰大海旅行，起码需要比现在大几百倍甚至上千倍。

这对于霍尔推进器来说，是一个非常大的挑战。

航天器上的推进系统

未来的推进器

人类所有的推进系统中，依然是火力推进系统产生的力量最大。

火力推进系统仅限于地球范围内，要在宇宙中使用化学燃料，是不太现实的，尤其是星际航行需要的时间。

比如在太空中飞行了40多年的探测器旅行者号系列，它就不是使用的化学燃料，而是核电池系统。

核电池又叫同位素电池，利用钚元素的同位素产生的裂变反应，获取大量的热，再将热能转化为电能。

核电池利用的是核裂变

核电池的寿命很长，一般情况下可以使用60到80年，只不过因为旅行者号系列探测器在这之前执行了大量观察天体的任务，额外消耗了电量，它们两个探测器将在2025年电量用尽。

没有了能量的探测器就是一个流浪的“太空垃圾”，顺着之前的路径运动，直到新的力量施加到它的身上，改变它的运动轨迹。

旅行者一号

人类正在测试的推进器X3，已经突破了5牛顿大关，达到了5.4牛顿，所需功率100千瓦，这个力量足以在火星上运行。

在前往星辰大海之前，我们需要去最近的天体试水，月球已经登陆过了，下一步则是火星。

或许这就是霍尔推进器即便只能退一张纸，也能被大家吹爆，因为天宫的霍尔推进器已经算是已有的霍尔系列中的天花板。

探索星辰大海

它的出现给了人们希望，能够前往星辰大海的希望。