电推(抛弃化学燃料，超越美国空间站，中国空间站离子电推到底有多牛？)

头顶的蓝天是我们每天都会见到的景色，人类从几千年前起就开始了对这片蓝天的想象并从未停止过。而如今人类在航空领域已经达到能够建立长期的空间站的程度。可即使如此，中国今年发射的装有离子电推发动器的天和空间站核心舱也足以惊艳国际。原因很简单，以它为核心建立的天宫号空间站将会是世界上第一个使用离子电推技术的空间站。

我国的天宫空间站

在这一点上，我国的空间站超越美国甚至国际空间站。那么，我国的空间站为何要率先抛弃化学原料并采用离子电推技术？抛弃化学燃料的天宫号空间站究竟厉害在哪里呢？

空间站的推动

众所周知，从地球上利用火箭发射空间站等航天器需要给装有航天器的火箭提供非常大的速度才能使其挣脱地球的吸引，成功飞入宇宙中。但很多人不知道的是空间站在进入太空中后，也需要推动器提供动力来维持其正常的飞行状态。

国际空间站

这是因为虽然理论上太空是真空状态，其中不存在空气，但由于地球对周围空气的吸引力有限，地球的大气层和宇宙之间并没有十分明确的界限。所以，地球周围的太空中还是会有一些溢散的空气。而空间站在地球周围运转的过程中会遇到这些空气分子，然后它们的速度就会因这些空气带来的阻力而减小。如果不是人为给空间站提供速度，那么空间站的速度会越来越小，直至完全脱离原定轨道，进入大气层坠毁。这样势必会大大缩短空间站的使用寿命，而且还会导致空间站无法完成其本应完成的任务。因此，空间站内部也需要装推进器。

空间站也需要持续地给予动力支持

可由于现有科学技术的限制，人类目前只能自如地应用化学燃料。所以，空间站内部的推动器也是用化学燃料的燃烧来提供动力的。但这种供能方式有很明显的缺陷，那就是如果要推动如此大体积的航天器，那么需要的化学燃料的质量占航天器质量非常大的比例。甚至在航天器的后期发展中，化学燃料的质量变成制衡航天器速度的重要因素。

拟建的太空加油站？

于是，很多国家都尝试寻找其他推进方式，而离子电推就是其中一种。但关于离子电推的尝试一直没有成功。所以，我国的天宫号成功应用离子电推技术，这件事情本身就是一种飞跃性的进步。

离子电推

离子电推在应用方面的局限性还要从原理说起。它的原理十分简单，那就是原子核对核外高速运转的电子的吸引力有限。换句话说就是核外电子在特定情况下可以脱离原子核的约束成为带电的离子。而离子电推就是抓住这个可能性，并通过原子间的猛烈撞击的方法使电子脱离出来。再让这些从原子核中脱离出来，成为离子的电子通过高压电场加速。最后再将这些高速的电子流从喷口喷出，速度达到20-30千米/秒，然后利用相互作用力使装置向前。

离子电推技术

所以，由于高压电场的压强有限，离子电推进有一个十分明显的缺点，那就是这种推进方式提供的推动力并不大。时至今日，离子电推仍然没有办法做到像化学燃料燃烧那样在短时间内给装置提供非常大的加速度，使其快速达到很高的速度。这也就是离子电推一直没有广泛应用在航空方面的原因。

应用离子电推的空间站的优势

可一旦离子电推技术用于空间站推动，它的优势也很明显。首先，离子电推器最大的优势在于它的效率比化学燃料高很多，这能有效减少化学燃料的燃烧和能量的浪费，但高效率的优点并不止如此。离子电推的高效率意味着在放出相同能量的情况下，离子电推器需要的燃料质量比化学燃料的质量少很多。这就能有效减少空间站的负重，使其在发送或推进过程中需要的推进力大大减少。

离子电推进系统

而且它也能释放空间站的一部分空间，使其中有限的空间能得到更高效的利用。总之，空间站运行的效率将因为离子电推进器的加入而提高很多。再加上空间站对推动器的主要需求是长期供能，而不是短期爆发。如果以运动员来比喻的话，化学燃料就是短跑运动员，而离子电推技术就是长跑运动员。因此，使用离子电推技术做空间站的推动器能够更好地适应空间站的需求，让大费力气送上去的空间站和燃料都能得到最大程度的利用。

我国的相关实验设备

其次，由于用原子相互碰撞产生能量的原理，发送到太空中的离子电推器在接下来很长一段时间内都不需要再次补充原料。目前的国际空间站每年要有4次燃料补给，而采用离子电推器的天宫号空间站每年只需要1次燃料补给。所以，我国不需要像地球上的其他基地那样，一直注意化学燃料推动的空间站的燃料使用状况，并时不时用火箭输送大量的燃料。这能减少很多不必要的浪费和麻烦，让这些节省下来的人力物力用来做更重要的事情。

在轨推进剂补给

而且由于离子电推技术可以长期持续地给空间站提供加速度，只要计算好离子电推器的推动速度就能让空间站实现在地球上方的相对静止。这可以说是我国向航天智能化迈出的非常大的一步。

结语

作为世界上第一个使用离子电推器作为空间站推动器的国家，中国的这一步举措很有创新意识。当初不少人担心一旦离子电推器无法起到化学燃料推动器该起的作用，我国花费大量人力物力建造的最新技术的空间站很有可能将毁于一旦。

天和核心舱

但目前已经运行差不多半年的天和号核心舱向世界证明，我国的这个创新做法是极其成功的。我国后续完全建立起的天宫号空间站将向世界正式全面地展示离子电推器的优势。到那时，我国的航天水平将提升一大截，我国就是未来星辰大海的领航者。