仅有吹灰之力，这是什么奇怪推进器

中国空间站上装备了4台特殊发动机，虽然只有吹灰之力，却意义重大。这是全球第一次在载人任务中使用这类设备。我国在这个领域曾经落后于国外，但随着近些年开始发力，成果不断涌现，甚至已经呈赶超之势。

神舟十五号与神舟十四号的航天员在400千米高度的太空顺利会师，6位彼此间无比熟悉的战友阔别数月，在失重状态下重逢，让人别有一番感触。如今，航天员通常要在空间站工作生活数月，那么你是否想过，在400公里的高空，在稀薄大气和微弱阻力的影响下，几个月下来，空间站是否会有速度损耗、高度降低的情况发生？答案是肯定的。

如果不加干涉，空间站每天都会往下掉一点点。即便是远在400公里的高空，保持轨道这件事，还是十分重要的。

为了弥补轨道损失，空间站和卫星都需要定期进行轨道维持，用动力提升轨道高度，天宫当然也不例外。只不过，这次天宫配备的发动机有些奇怪—百吨级的空间站，使用的一款发动机推力却只有80毫牛。

80毫牛是什么概念？在地球上，这点力只够托起2张A4纸，可以说仅仅是吹灰之力了。然而，这种只有吹灰之力的发动机背后，展现的却是世界级的先进水平。那么问题来了，使用这种发动机有何目的，有什么优势？中国与国外相比，技术水平到底如何？

吹灰之力虽小，效率提升10倍

我们常见的化学能火箭发动机，是通过化学物质燃烧来产生反作用力的，气体喷射的速度越快，也就是比冲越高，火箭的推力就越大，效率也就越高。但是目前，人类可用的化学燃料比冲基本上已经到达极限，很难再有大的突破。那么，想要获得持久的推力，就只能不断增加燃料的数量了。

一些在太空中的卫星为了保持轨道、延长工作寿命，只能携带大量燃料。这些燃料有多重呢？一颗5吨重的同步卫星，其中就有3吨是燃料。燃料虽然只是配角，却在质量上占了大头，显然已经本末倒置。这时，这款拥有吹灰之力的发动机就凸显出自己的优势了，它就是霍尔效应电推进器，也就是常说的霍尔电推。

霍尔电推的原理就是将离子物质用强磁场发射出去，产生反作用力，其比冲是化学燃料的至少10倍。除了比冲高，霍尔电推的另一个价值，就是将太空中取之不尽的电能转化为动能。因此，霍尔电推又叫“等离子推进”，工作时会发出蓝绿色光芒，跟科幻大片里的飞船很像。如今，中国人第一个把它用在了载人航天任务上。

靠着高比冲和来自外界的能量，让霍尔电推获得了非常高的工作效率，只用500公斤工质（机器设备中用以实现热能和机械能相互转化的工作介质），就能实现之前3吨燃料的效果，卫星总重量瞬间下降一半还多。

霍尔电推有何缺点？

霍尔电推相比化学动力，最大的缺点就是推力太小。

天宫使用的4台HET-80霍尔电推，单台推力83毫牛，功率1350瓦，全加起来也只能托起8张A4纸。这种级别的推力，在现实中几乎无效，但好在太空比较特殊。由于轨道上的阻力比较微弱，霍尔电推可以说是棋逢对手，正好用微小推力对抗微小阻力，还能长时间工作，用时间换效果。

中国的电推技术逐步反超

我国的电推技术因为研发条件有限、经费紧张等原因，此前发展比较缓慢。俄罗斯下手相对较早，大功率电推技术曾经独步全球，已经能生产推力达到1.5牛的电推，功率超过千瓦级，还造出了140千瓦的全球最高功率电推D-160。但是近十几年，俄罗斯在航天领域的投资大幅度缩减，目前这一技术已被美国赶超。

2018年美国研制成功的5.4牛、100千瓦的电推X3，是目前世界上推力最大的型号。相比之下，欧洲此前曾与俄罗斯合作，获得了不少技术支持，电推已经能突破1牛，但后续进展不是太快。

隨着近些年国家在航天领域发力，我国的电推技术开始突飞猛进，与国外差距正在迅速缩小，还有赶超之势。中国空间站上的霍尔电推，推力只有83毫牛，但这是人类首次在载人航天领域使用电推设备。该设备的设计寿命超过3万小时，是国际上最复杂、最长寿的电推系统。我国电推技术还在其他多个领域过关斩将，稳步推进，目前已实现100瓦—100千瓦全覆盖，大、中、小电推全面发展。

推力上，2020年我国已经突破“牛级”，造出1.07牛的霍尔电推进器，技术指标达到国际最高水平。2021年再接再厉，100千瓦、2～5牛的样机实现稳定点火。2022年，我国氙工质霍尔电推HET-2000HP，比冲超过5300秒，打破俄罗斯同类产品的世界纪录，有很强的实用价值。

大功率、大推力的电推进系统，是实现深空探索开发的重要助力，也是一项跨时代的太空技术。在这个领域，我国不但有望与其他太空强国比肩，甚至局部领域已经实现反超，未来可期。

本文内容来自“王亚男航空说”百家号