天宫空间站的建设是我国航天事业向前迈出的一大步。

2022年1月6日，随着空间站机械臂转位货运飞船试验的成功，天宫空间站距离完成建造计日可待。能将如此庞然大物送上太空的，归功于“霍尔推进器”。惊人的是，这个推进器只能推动一张纸。

非常具有科幻感的“霍尔推进器”

推力如此微小的推进器，真的能让天宫空间站这个庞然大物在天空中安稳运行吗？看看现在伫立于太空的天宫空间站就是最好的答案。

那么推进器到底是什么？霍尔推进器是如何维持空间站运行的？它跟其他推进器有什么区别？科学家研究表明，只能推动一张纸霍尔推进器蕴含巨大能量，它代表的是星辰大海。

霍尔推动器能在多大程度上，推进宇宙的探索呢？

向上之力

随着科技发展，人类的飞天梦得到了实现。例如飞机的出世让人们可以无所谓距离，跨越大洋。后来，火箭横空出世，让人们离天的距离更进一步。那么，飞机是靠空气的升力起飞，火箭没有飞机那样的机翼是如何升天的呢？

这就要提到火箭推进器，那是火箭升天的关键所在。它犹如汽车引擎一般，是火箭的发动机。推进器是靠其管道中排出的气体来推动火箭上天的。

多级火箭每一级都有着相对独立的动力系统

火箭上的推进器在不同阶段产生动力的方式不一样。火箭的外部安有助推器，助推器中有许多的燃料，推进器就是靠这些燃料推动火箭起飞。当外部助推器的燃料耗尽时，就会从火箭主体上脱落。

接下来发生作用的就是强电磁。这时推进器会通过强烈的电磁反应来产生动力，以达到接近光速的推进力。这是火箭在起飞后进入太空的关键一步。

电磁感应现象

最后，当火箭进入太空后，推进器就会通过高能量离子加速产生反向推动力，减缓火箭前进的速度，让火箭可以进入正确的轨道中。这就是推进器大致的工作原理。

在常年的发展中，推进器发展出两个常见的种类：固体火箭推进器和液体火箭推进器。

推进器在火箭中的位置

固体火箭推进器，顾名思义，其燃料是固体状态。它的工作原理是化学能转化为热能的一种过程。通过固体燃料的燃烧产生热能，在热能作用下，将原料变为燃烧产物，这种产物在喷管中迅速膨胀，使热能转化为向上的升力。

液体火箭推进器是我国火箭上常用的一种推进器。燃料的主要材料是偏二甲肼。它的运作原理与固体推进器别无二致，它与固体推进器的区别就是更加安全，其成本也更低。

航天飞机固体火箭助推器-SRB分解图

平衡之力

关于霍尔推进器，我们首先要知道霍尔两字是为何？这就是著名的霍尔效应。它是由美国科学家霍尔在1879年发现的。霍尔效应是一种电磁效应，是运动的带电粒子在磁场中受某种作用引起的偏转。这种效应在半导体中运用最广泛。

霍尔推进器的工作原理就是源自于霍尔效应。从阴极发射的电子被交叉电磁场捕获，当它被捕获后，就会在放电区内作角向漂移。此时，阳极进入环形放电室的推进剂分子会和角向漂移的电子发生碰撞，形成等离子体，离子在电磁场的作用下加速，高速喷出，从而产生推力。在这个过程中，会添加进氙气作为助力，这种气体可以帮助电离产生，加大其推力。

霍尔效应原理图

霍尔推进器大致有稳态等离子体推进器和带阳极层推进器两种。关于霍尔推进器的研究早在冷战时期就已开始，上个世纪，前苏联对于霍尔推进器的研究进入了测试阶段。在前辈们的影响下，我国在上个世纪九十年代开始了霍尔推进器的研究。

但我们要明确一点，霍尔推进器的推力是不足以让火箭发射升空的。所以，霍尔推进器的运用主要是在飞行器发射升空后，维持飞行器在太空平稳运行，不脱离轨道。

带阳极层的静态等离子推进器（SPT）

可是霍尔推进器的推力不过是只能推动一张纸，那它真的可以维持空间站这个几十吨的庞然大物吗？别看它动力小，但维持空间站的运行是绰绰有余的。

飞行器在地球上发射时之所以需要如此大的推力是受地球引力影响。并且飞行器在升空的过程中还会受到空气阻力的影响。在摩擦力和引力的双重作用下，如果推力不够巨大，火箭就会在地球引力的作用下下坠。

接近地球的物体，无一例外地被吸引朝向地球质量的中心

但是在太空中并没有引力，太空是一个真空的环境，没有空气，也就不存在空气阻力。在阻力几乎为零的太空中，维持空间站的运行几牛就足够。

并且在长期的太空运行中，高强度的推力并不利于空间站的运行，相反，这会使得空间站的运行成本加大，操作不便。这种微小推力的推进器更有利于空间站的运行。

在太空中高效工作的助推器

优势突出

相比起势头更猛的传统推进器，为什么霍尔推进器更受我们的青睐呢？这就要谈到霍尔推进器相比于其他推进器的优点了。

首先是霍尔推进器所用到的燃料更少，能耗更少。传统推进器的推进剂中会添加许多化学燃料，用量巨大。而霍尔推进器只需要少量的氙气即可，所用燃料仅占传统推进器的10%。用量减少意味着成本的降低，这也是霍尔推进器受人青睐的原因之一。并且，由于霍尔推进器所需燃料甚少，这也解决了空间站在太空时燃料补给的问题。

霍尔推力器的结构图

其次，霍尔推进器虽然推力小，但是它的比冲大。比冲越大，飞行器就可以飞得更持久。而提高比冲的方法，就是提高推进器的喷气速度。霍尔推进器在霍尔效应的作用下，喷气速度高达每秒10-30千米，比冲时间在1000-3000s之间。这是其他化学燃料所达不到的速度。

各种喷射引擎的比冲

最后，霍尔推进器的体积小。由于霍尔推进器只需少量的氙气，这种气体所占的空间并不大，推进器就不要很大的空间去储存燃料，从而减小了体积。这就可以给火箭内部留出更多的空间来。

霍尔推进器工作原理示意图

我国在天宫空间站建设中所用到的霍尔推进器是我国自主研发的LHT-100型霍尔推进器。这种推进器比冲大，是世界上的优质霍尔推进器。

不过霍尔推进器也有它的短板，就是使用寿命短。推进器中的电离在霍尔效应的作用下会产生很强的腐蚀性，这种腐蚀性会腐蚀放电室，从而导致推进器的寿命大打折扣。并且，霍尔推进器所用的氙气价格并不便宜，虽说用量少，但其成本也算不上特别低。

部分霍尔推力器产品

未来之梦

总的来说，霍尔推进器的研发，是人类在航天飞行器研究领域的一大进步。这使得我们在飞行器发射过程中有了更充足的动力来支持我们长时间在太空中探索。它消耗少，速度快，体积小，是我们当前技术手段下最为优质的选择。

我国天宫空间站所运用到的这项黑科技，向世界展示了我国的科研技术，是我国一大技术成果，值得我们欢呼喝彩。

天宫空间站结构示意图

但是我们的目光不能止步于此，我们要将目光放到更为长远的地方去，努力攻克技术难题，研发更为优质的推进器，将人类探索太空的方舟送到更远的地方去。霍尔推进器不仅仅只是一个推进器，它更是代表了星辰大海，是人类对太空孜孜不倦地探索。