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電火箭發動機

電火箭發動機

電火箭發動機是用電能加速工質(工作介質)形成高速射流而產生推力的火箭發動機。它與化學火箭發動機不同,能源和工質是分開的。電能由飛行器提供,一般由太陽能、核能或化學能經轉換裝置得到。工質常用氫、氮、氬或鹼金屬(銫、汞、銣、鋰等)的蒸氣。電火箭發動機比沖高、壽命長(可起動上萬次,累計工作上萬小時),但推力小於100牛(10公斤力),適用於航天器的姿態控制、位置保持和星際航行等。

發明歷程


電火箭發動機
電火箭發動機
1906年美國R.H.戈達德提出用電能加速帶電粒子產生推力的設想,並於1916年進行了初步試驗。電火箭發動機的推力很小,不可能用它從地面發射任何有效載荷,因此一直未能進入實用階段。直到1957年第一顆人造地球衛星上天以後,電火箭發動機的研究才逐漸引起重視。1960年以後,蘇聯、美國研製出各種電火箭發動機,並進行了多次空間飛行試驗。中國和其他一些國家也相繼開展了電火箭發動機的研究和製造。已研製成功 100多個不同類型、不同尺寸的發動機,使電火箭發動機進入了實用階段。
電火箭發動機由電源、電源交換器、電源調節器、工質供應系統和電推力器等組成。電源和電源交換器供給電能;電源調節器按預定程序起動發動機,並不斷調整電推力器的各種參數,使發動機始終處於規定的工作狀態。工質供應系統貯存和輸送工質。電推力器將電能轉換成工質的動能,使其高速噴出產生推力。

發動機分類


電火箭發動機
電火箭發動機
電火箭發動機按工質加速方式可分為三種類型:電熱火箭發動機、靜電火箭發動機和電磁火箭發動機。
電熱火箭發動機利用電能加熱工質(如肼、氨、氫等)使其氣化,經噴管膨脹加速、噴出產生推力。電熱火箭發動機按加熱方式又可分為電阻加熱式和電弧加熱式兩種。電熱火箭發動機比沖為700~1000秒,推力為0.01~0.1牛(約10~10公斤力)。
電熱火箭發動機這種發動機的工質(如汞、銫、氫等)從貯箱經過電離室電離成離子,在引出電極的靜電場力作用下加速形成射束。離子射束與中和器發射的電子耦合形成中性的高速束流,噴射而產生推力。推力通常在(0.5~25)×10牛之間,比沖達8500~20000秒。
電熱火箭發動機利用電磁場對載流等離子體產生羅倫茨力的原理,使處於中性等離子狀態的工作介質加速以產生推力。其比沖為5000~25000秒。