重生之乘風而起

第兩千六百一十一章 離子電推

類別︰都市言情 作者︰二子從周 本章︰第兩千六百一十一章 離子電推

    余老走到黑板前畫了一幅示意圖︰“就是這樣,我們完全可以將幾顆衛星的軌道放低一點,放在中地軌道上來、讓它們既承擔衛星通信的均衡負載,還可以成為星間鏈路中繼,同時還是鏈路中繼。”

    另一名老者補充道︰“這就相當于將一部分網關總站搬到了中地軌道上,既兼顧,又靈活,兼備了兩種組網方式的長處。”

    “還有一個重要的作用。”另一名老者也說道︰“我們能夠通過一箭多星的發射,減低發射成本,然後這些星分作兩層工作,中地衛星可以作為同步衛星的備用星,一旦負責主通訊任務的同步衛星出問題的時候,我們可以讓一顆中地衛星實施變軌操作,將之移送到同步軌道上,替代出問題的那顆衛星。”

    “高啊……”周至如今心里升騰起一種讀好好詩,听到好歌的感覺,這套新方案簡直太絕妙了。

    中地衛星的軌道是兩千到兩萬公里,同步衛星軌道在三萬五千公里,兩者之間的距離看似相差了一萬五千公里,是一段相當遙遠的距離。

    然而這一萬五千公里的距離卻並非大家想象當中那樣難以克服。

    這里有兩個力學原理︰離心運動原理和變速圓周運動原理。

    衛星在原軌道上做勻速圓周運動,若在某一點瞬間點火加速,則會使得運動軌道變為橢圓軌道,並且軌道半徑變大。

    當衛星在低軌道運動到近地點的時候,點火加速。由于此時衛星的速度增加,而萬有引力沒有變化,則衛星由原來的勻速圓周運動變成離心運動,進入一個被拉長成橢圓的新軌道,叫做“轉移軌道”。

    隨著衛星在新軌道上不斷遠離地球,需克服萬有引力,則衛星的速度越來越慢,這就好比我們向上拋一個物體,上升的過程中,由于要克服重力,所以會減速。

    當衛星運動到轉移軌道的遠地點的時候,運動速度降低到較小,而萬有引力比較大,則衛星又開始朝地球方向做近心運動,且在引力的拉動下,速度越來越快。

    在衛星沿轉移軌道再次運動到近地點的時候,又給衛星點火加速,如果這個速度可以萬有引力與向心力平衡的話,衛星就會完成變軌。

    當然有時候一兩次點火是不行的,比如後來的嬋娥一號要達到遠離地球三十八萬五千公里的月球軌道,一共進行了四次變軌。

    作為大型的航天器這麼干倒是沒啥問題,但是作為負荷一兩百公斤的中型衛星,周至不由得好奇起來︰“余老,變軌的燃料又如何解決呢?會不會消耗掉衛星大量的有效載荷呢?”

    “不知道你們關心過國家科技進步一等獎沒有?”余老問道。

    說起這個周至就不免有點得意︰“瀚文大字庫拿過這個獎。”

    余老樂了,他也忘了周至的背景資料里有這一茬,點頭笑道︰“不過我說的是八七年的那次。”

    “蘭州510空間物理研究所是國內最早開展電推進技術研究的單位,早在1974年就開始研制離子電推力系統,到了1986年研制了80毫米汞離子電推進,該成果于1987年獲得了國家科技進步一等獎,達到了國際領先水平,產品水平不弱于從上世紀50年代就開始從事此方面研究的美國。”

    “電推進?離子?”周至覺得這些東西差不多應該是出現在太空科幻里邊的內容,還真不知道現在的空間技術這麼先進了。

    “離子推進器是電推進的一種,其特點是推力小、比沖高,廣泛應用于空間推進,如航天器姿態控制、位置保持、軌道機動和星際飛行等。”一名老者可能是這方面的專家,對周至幾人解釋道︰“離子推進的原理很簡單,就是利用電能將工質進行電離,生成離子,離子在靜電場的作用下加速噴出,進而產生推力。”

    “從理論上講,在加速過程中沒有能量損失,因此,效率較高,在一千伏的加速電壓下,就可以獲得數千秒的比沖。這種推進方式其實是研發時間最早、地面和空間飛行試驗都比較充分的一種電推進。”

    “剛剛余老說獲獎的那個推進器才八十毫米?那能夠產生多大的推力?”周至覺得匪夷所思︰“這點力道能夠讓衛星升軌一萬五千公里?”

    “的確是這樣的。”剛剛聲稱可以實現衛星變軌的老人笑道︰“離子電推進發動機的特點就如你猜測的那樣,加速力和加速度都非常低,像我們的只有幾十毫牛頓和幾厘米/平方秒。這種推力差不多就僅僅可以吹動一張紙而已。”

    “但與化學火箭極短的燃燒時間不同,電推進火箭提供的加速時間可以很長,因此發動機比沖很大,就是說,用同樣質量的工質,卻能提供更大的總推力和最終速度。”

    “雖然它所噴出的只是一束帶電粒子或離子,所提供的推動力較弱,但只要離子推進器能夠長期保持性能穩定,最終也可以將航天器加速到更高的速度。”

    “因為太空中本來就是真空和輕引力狀態,只需要很小的一點力量就能夠讓航天器獲得加速度,只要這個加速度一直存在,哪怕它十分微小,只要作用時間夠長,也能夠積累而成極高的運行速度。”

    這一點只要是學過初中物理的人都容易理解,要是這樣的話,衛星根本就不用攜帶化學燃料了,只需要攜帶輕便的壓縮氣體作為工質,再利用太陽帆板產生的電能激發,衛星便可以獲得動力了。

    安全,持久,長效,好處簡直多多。

    “還真是孤陋寡聞了。”周至咧嘴笑道︰“所以我們的衛星準備用上這玩意兒?”

    “這位是張樹丘院士,他是我們國家離子電推系統的專家。”余老指著一個人介紹道︰“你听他給你倒苦水吧。”

    “雖然我們在87年就獲得了汞離子推進的突破,但是由于米國也沒有開始應用,所以國家對這個項目一直持有疑慮,最終決定不再從事離子電推進系統的研究。”張樹丘說起來都不免欷靀︰“但是510所的同志們舍不得,也看好這項技術在未來的發展前途,因此並沒有解散科研隊伍,而是在這九年時間里,通過自籌資金的方式維持著研究,並在93年成功研制出了90毫米氙離子電推進系統!”

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