4.6N竟成重大突破？我国大功率霍尔推进器亮相，实现国际引领！

2022年1月，根据权威媒体报道：中国航天科技集团-五院510所研发的HET-450大功率单通道霍尔电推力器获得重大突破！地面试验中，该推进器以氙为工质，最大功率达到105kw，最大推力达到4.6N，以氪为工质最高比冲超过5100s。

目前，NASA的X3推进器，是世界上推力最大的。它采用三通道设计，最大推力5.4N，最大功率102kw。单从纸面数据上看，HET-450在推力方面比X3少0.8N。但从5100s的最大比冲来看，这是液态氢氧火箭发动机的十几倍！

HET-450采用单通道设计，X3采用三通道设计。我们不禁要问，单通道与三通道有何区别？要知道，一瓶500ml的矿泉水就是4.9N（g=9.8），那么，4.6N连瓶水都举不起来，为何我国却宣布是重大突破呢？

众所周知，霍尔推进器是一种航天新型电推离子发动机。与火箭发动机向后喷气不同，霍尔喷出来的是离子。经过电磁场加速后，离子的速度高达20~50km/s。 因为离子速度高，比冲大；所以消耗同样单位的工质产生的速度增量更大。

小编用下面的一组数据说明：SpaceX的猎鹰9号液氧煤油发动机，比冲只有273s；阿里安5火箭的液氢发动机，比冲也仅有430s。但HET-450霍尔推力器，比冲却有5100s！换而言之，同样的速度，HET-450花费的能量只有其余的1/13左右。

因此，与百吨推力的三级火箭发动机相比，4.6N虽然不值一提，却已经迈入国际先进行列。常见的霍尔电推力器推力都是50 - 80豪牛，达到牛级已经非同小可，达到4.6N可谓是领先国际。

虽然技术十分先进，但霍尔推进器的推力实在是太小了。那它究竟应用在哪里呢？航天器在近地轨道运行，与大气产生摩擦损失能量，会导致轨道高度越来越低。所以，需要定期开启推进器，提升轨道高度。

这时，霍尔推进器比冲高、同样燃料产生更大速度的优势就凸显出来。它可以提高航天器寿命，减少对燃料补给的需求，从而延长燃料工作时间。比如，我国的天宫装备了4台霍尔推进器，SpaceX发射的星链卫星也采用霍尔推进器。

霍尔推进器与普通火箭发动机相比，如同长跑、短跑一样。火箭发动机好像博尔特，短时间内爆发高速度，但消耗大，后劲不足。霍尔就像长跑运动员，速度慢，时间长，消耗少，可以一直坚持很久。

NASA科学家表示：在太阳系的深空探测中，也可以采用霍尔推进器！假设一艘5t重的航天器，装有一台5.4N的霍尔推进器。从0开始，持续加速1天后，航天器将达到87.5m/s；持续加速1年后，它甚至可以达到32km/s，远超第三宇宙速度！

正因如此，日本的隼鸟号小行星探测器，虽然装备的霍尔推进器，推力仅28毫牛，却足以使它完成探测任务。大型航天器甚至可以安装4-8台霍尔推进器，用来进一步提高加速度。

霍尔推进器的能量来自电力，需要有强大的电源供电。比如天宫空间站、隼鸟号行星探测器，星链卫星，都配有太阳能电池板发电。如果需要更大的工作效率，就可以和旅行者1号一样，更换核电池或核反应堆电源。

1906年，世界航天先驱——罗伯特·戈达德首次提出霍尔推进器概念。20世纪60年代，美苏开始正式研究这项技术，并演化出两种分支。美国采用的是用电场直接加速的静电式离子推进器，如下图：

这种静电式离子推进器，在机器后部放置2块有无数小孔的正负栅板。它采用电子枪放出电子，将工质气体电离。离子穿过栅板时，被电场瞬间加速向后喷射，产生推力。只要正负栅板之间的电压足够高，离子就可以被加速到很高的速度。

1964年，NASA的SERT 1卫星首次进行离子推进器在轨试验。NASA发现：这种推进器，原理看似简单，但正负栅板却对制造、材料要求极高，还存在空间电荷限流问题，对推力的提高有限制。

与此同时，苏联采用另一条路线。它利用物理学中的霍尔效应，采用环形喷口、放电室，作为阴极的电子枪在喷口外发射电子。电子沿轴向电场向阳极运动，同时在径向磁场作用下，由于霍尔效应而产生感应电压，开始环向旋转。

旋转的电子与从阳极附近喷出的气体（氙气、氪气）产生激烈的碰撞，使气体电离。电离后的离子在电场作用下向后加速喷出，产生推力。这种霍尔推进器的优势就在于，推力密度可以比前者更高。

正因为霍尔推进器的优异性能，美国开始重新进行研究。2018年，美国空军、密歇根大学、NASA、联合开发出世界上推力最大的霍尔推进器——X3。它采用嵌套式的设计，将三个推力器以同心圆方式套在一起，同时产生推力。

这就是所谓的“三通道”设计。正因如此，我们才能看到X3有三个环状喷口，才会产生5.4N的推力，成就了X3霸主地位。

航天五院510所研发的HET-450，虽然只有4.6N，在推力上比X3稍逊一筹。但却是仅放置一套电推进装置的“单通道”设计！设想一下，未来HET-450也采用多机嵌套，将3-4个推力器同时放置在一起，是不是推力会更高？

因此，HET-450的推力虽然差了0.8N，但未来的改进潜力无限！可以说是实现了我国从0到1，从无到有的重大突破；代表我国在大功率霍尔推进技术领域的“弯道超车”！ 将为我国载人登月、在轨卫星等方面提供帮助！大家有什么想法，欢迎在评论区交流，留下真知灼见！