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世界首次!天和核心舱使用霍尔推进器

中国的空间站建设令全世界咋舌。前几天刚发射了货运舱上去之后,6月我们还会发射载人飞船,3名宇航员将在空间站生活长达三个月。不过这不是我们要说的重点,重点是这次我们的核心舱,在全世界首次使用了一种全新的推进技术:霍尔推进器。

天和核心舱

空间站其实属于近地轨道,距离地球300多公里,为了维持轨道高度或是调整空间站的角度,比如有强烈的太阳风暴,为了保护,就需要不断的对空间站进行调整,这种调整如果使用常规的推进燃料,消耗会很大。国际空间站每年要消耗4吨燃料,但由于补给燃料需要用火箭发射上去,所以成本非常高昂,即便是SpaceX的廉价发射,每公斤也要10万元,4吨就是四亿元。有没有能长期工作、不依赖补给的动力呢?

霍尔推进器工作状态非常科幻

有,这就是霍尔推进器。这种设备其实在商业卫星上已经有了不少的应用,但在空间站上使用还是第一次。这种推进器的原理是利用霍尔效应,把推进剂变成离子状态,进而以非常高的速度喷出。这个速度可以非常快,能达到10-80公里每秒!但由于受到功率的限制,所以喷出的离子虽然速度快,但量很少,所以产生的推力并不大,一般推力就以牛顿为单位。

使用霍尔推进器的空间探测器

这么小的推力有用吗?霍尔推进器的特点并不是瞬间的大推力,而是可以长时间的工作。长时间有这么一个几牛顿的力作用在空间设备上,会让它越飞越快,累积下来的速度就非常可观。对于动不动要飞好几年的远距离探测任务来说,就非常实用了。并且由于这个力很小,所以用在空间站上,可以避免化学能突然的大推力,能够精确的控制姿态。

爱德温 赫伯特 霍尔

霍尔效应:(1)电子、(2)导体、(3)磁铁、(4)磁场、(5)电源

说了半天霍尔,霍尔是谁?霍尔是一个美国科学家,全名叫做爱德温 赫伯特 霍尔(Edwin Herbert Hall,一般叫爱德温 霍尔),他发现霍尔效应的时间很早,是上上个世纪的事情,发现于1879年,当时他还在写博士论文。霍尔效应是指当固体导体放置在一个磁场内,且有电流通过时,导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边,继而产生电压(霍尔电压)的现象。电压所引致的电场力会平衡洛伦兹力。通过霍尔电压的极性,可证实导体内部的电流是由带有负电荷的粒子(自由电子)之运动所造成,这段话估计要高中物理才能理解了,简单说就是他的这个发现,让磁场可以感知,这个发现对今天影响巨大。

仪表盘就是根据霍尔效应来感知速度

很多电脑、笔记本不上电,就是这个霍尔开关坏了

现在,有一大类半导体原件,被称之为霍尔元件。从开关、电度表、电阻到无刷电机等等,霍尔元件成为我们生活密不可分的一部分,尤其是今天满大街跑的汽车,尤其要感谢霍尔的发现:速度表就是根据霍尔效应测量的。再比如我们的笔记本电脑大家都知道会自动熄屏,当屏幕开启时磁铁远离霍尔元件,电脑正常工作;当屏幕闭合时磁铁靠近霍尔元件,霍尔周围磁场开始变化,笔记本的屏幕会自动熄灭,电脑进入休眠状态。

其实有点可惜的是他这个发现太早了,以至于那会儿并未创立诺贝尔奖,因为诺贝尔奖首次颁发距离他发现霍尔效应,已经是22年以后的事情了。

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