新概念推進(jìn)系統(tǒng)

一、無(wú)工質(zhì)微波推力器的系統(tǒng)基于經(jīng)典的電磁學(xué)理論,新概念空間推進(jìn)裝置——無(wú)工質(zhì)微波推力器系統(tǒng)可以直接把微波輻射能轉(zhuǎn)換為推力而不需要任何推進(jìn)介質(zhì).與傳統(tǒng)的空間推進(jìn)裝置不同,該系統(tǒng)可以避免攜帶龐大的推進(jìn)劑儲(chǔ)箱并消除羽流對(duì)航天飛行器的污染.該系統(tǒng)由集成在一起的圓臺(tái)微波諧振腔、微波源和負(fù)載組成,其中微波源產(chǎn)生的微波輻射能被輸入到圓臺(tái)微波諧振腔內(nèi)并形成純駐波與電磁壓強(qiáng)梯度,從而沿圓臺(tái)微波諧振腔軸線方向形成凈推力.電雄氏謹(jǐn)波導(dǎo)匾臺(tái)微波諸掘噸〔推力器腔侔）環(huán)形肆電雄氏謹(jǐn)波導(dǎo)匾臺(tái)微波諸掘噸〔推力器腔侔）環(huán)形肆2入別波*1電磁凈椎力 II『微矗源圖1內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 圖2原理樣件二、新概念硼聚變推進(jìn)器為以更加經(jīng)濟(jì)環(huán)?？尚械姆绞桨l(fā)射衛(wèi)星或宇宙飛船，美國(guó)科學(xué)家最近提出了一種新想法：無(wú)中子硼聚變推進(jìn)。該推進(jìn)器不從氘和氚而從硼燃料中獲取能量，其產(chǎn)生推力的效率是現(xiàn)有最好推進(jìn)器的40多倍，且更易于管理。據(jù)該概念的提出者、美國(guó)航空航天局（NASA）蘭利研究中心的物理學(xué)家、電子工程師約翰?契布曼介紹，以氘氚為材料的核聚變反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生大量中子，這些中子沖擊核反應(yīng)堆壁時(shí)會(huì)產(chǎn)生放射性同位素。而硼發(fā)生聚變時(shí)，產(chǎn)生的中子能不超過(guò)總輸出能量的1%——這種聚變被稱(chēng)為無(wú)中子聚變，其能減小中子輻射帶來(lái)的各種問(wèn)題，同時(shí)極大地降低生物防護(hù)、遠(yuǎn)距離控制及安全等方面的要求。契布曼指出，這種無(wú)中子聚變技術(shù)使用的硼，儲(chǔ)量豐富。另外，這種推進(jìn)方法產(chǎn)生的部分能量可被轉(zhuǎn)化為電力為宇宙飛船上的控制系統(tǒng)所用。他說(shuō)：“一個(gè)反向調(diào)速管能將粒子流出的大部分動(dòng)能捕捉起來(lái)并有效地轉(zhuǎn)化為電能，轉(zhuǎn)化率高達(dá)60%到70%。三、離子推進(jìn)系統(tǒng)(電推進(jìn)系統(tǒng))離子推進(jìn)系統(tǒng)具有高噴射速度(>25000m/s)、高效率、長(zhǎng)壽命、體積小等特點(diǎn)。在航天器作星際飛行以及深空探測(cè)時(shí)，航天器需要一個(gè)高的速度增量，而離子推力器的特點(diǎn)正滿(mǎn)足了這一需求，適于承擔(dān)航天器推進(jìn)任務(wù)。離子推力器是通過(guò)電能轉(zhuǎn)換成工作介質(zhì)的動(dòng)能，再利用力學(xué)原理產(chǎn)生反作用力的裝置系統(tǒng)。它主要由四個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：推力器子系統(tǒng)、推進(jìn)劑供給子系統(tǒng)、供配電子系統(tǒng)、數(shù)字控制與接口子系統(tǒng)，如圖1所示。1J中和器I機(jī)詛刑輸送聚觥1J中和器I機(jī)詛刑輸送聚觥敞屯繚禺T俸k 供配電系統(tǒng)加速H0就電空離子推進(jìn)工作原理圖根據(jù)離子推力器離化方式不同，可以將離子推力器分為：接觸式離子推力器、直流放電式離子推力器、電子轟擊式離子推力器、射頻推力器和場(chǎng)發(fā)射離子推力器五種。其中，直流電子轟擊式離子推力器在美國(guó)已經(jīng)得到了很大的發(fā)展。這些推力器的推力都產(chǎn)生于高速?lài)娚涞碾x子束。四、核裂變能推進(jìn)航天器技術(shù)核裂變能推進(jìn)航天器技術(shù)主要包括太空核電源和太空核推進(jìn)。太空核電源是利用核反應(yīng)堆或者放射性同位素產(chǎn)生的熱，通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)變?yōu)殡娔芟蚧鸺蚝教炱魈峁┧璧碾娏?。太空核電源分為放射性同位素電源和反?yīng)堆電源兩類(lèi)，其中熱能轉(zhuǎn)換成電能又有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方式。靜態(tài)轉(zhuǎn)換方式又包括溫差（熱電偶）轉(zhuǎn)換和熱離子轉(zhuǎn)換。溫差發(fā)電是利用熱電偶不同金屬的溫度梯度效應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電流，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積緊湊、適應(yīng)性強(qiáng)、工作壽命長(zhǎng)，但其輸出功率小、轉(zhuǎn)換效率低（3%?7%）,通常與放射性同位素?zé)嵩礃?gòu)成目前應(yīng)用最廣的空核電源一一放射性同位素溫差發(fā)電器（圖3）。熱離子發(fā)電是利用熱能將二極管的發(fā)射極加熱到1500°C以上發(fā)射電子，由集電極收集，通過(guò)外接負(fù)載回到發(fā)射極形成電流。熱離子發(fā)電適合于大功率輸出，轉(zhuǎn)換效率高（10%?20%），通常與反應(yīng)堆熱源聯(lián)合使用構(gòu)成反應(yīng)堆-熱離子發(fā)電器。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換方式是用熱能加熱流體工質(zhì)使工質(zhì)在高溫高壓下膨脹，推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換雖適合大功率發(fā)電，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，又有活動(dòng)部件，需要潤(rùn)滑和維護(hù)，目前處于研究開(kāi)發(fā)階段。太空核電源的顯著優(yōu)點(diǎn)是功率大、壽命長(zhǎng)、體積小、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。太空核推進(jìn)是利用核裂變反應(yīng)釋放出的能量，直接加熱工作介質(zhì)，使其通過(guò)噴管膨脹后高速?lài)姵?，產(chǎn)生反作用推力；或者通過(guò)熱電轉(zhuǎn)換將核反應(yīng)能轉(zhuǎn)換成電能，再用電能加速帶電粒子高速?lài)娚?，產(chǎn)生反作用推力。太空核推進(jìn)系統(tǒng)一般包括核反應(yīng)堆系統(tǒng)、熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和電-推力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。太空核推進(jìn)的一個(gè)典型實(shí)例是核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)（圖4）。 En擰訕? En擰訕?核火箭發(fā)動(dòng)機(jī)示意圖五、激光推進(jìn)系統(tǒng)激光是一種相干性、單色性、方向性和強(qiáng)度均極高的輻射能量源。激光推進(jìn)的基本原理是將激光能量經(jīng)過(guò)遠(yuǎn)距離傳輸來(lái)加熱火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中中性的推進(jìn)劑,這種中性推進(jìn)劑可以是固體、氣體或液體,激光加熱使其溫度急劇上升,形成高溫高壓氣體或等離子體,然后從適當(dāng)?shù)膰姽苤袊娚涑鰜?lái),從而產(chǎn)生推力,如圖所示。激光推進(jìn)系統(tǒng)原理示意圖激光推進(jìn)的實(shí)質(zhì)就是激光與物質(zhì)相互作用,但是其類(lèi)型卻是多種多樣的,一般常用兩種分類(lèi)方法。(1)按照其使用的推進(jìn)劑物質(zhì)的不同可分為固體、液體和氣體三種推進(jìn)方式。它們的基本特征前面已進(jìn)行了介紹,其中固體推進(jìn)方式由于受固體材料氣體溫度的限制(大部分固體材料的氣化溫度在1000一50o0K之間)，往往必須有對(duì)固體推進(jìn)劑生產(chǎn)的蒸氣進(jìn)行進(jìn)一步加熱的機(jī)構(gòu),以便將其加熱到更高的溫度。(2)根據(jù)激光器的不同工作方式可將其分為連續(xù)激光推進(jìn)和脈沖激光推進(jìn)。六、光子推進(jìn)系統(tǒng)光對(duì)被照射物體的壓力稱(chēng)為光壓。早在1748年丄1歐拉就指出光壓的存在，這被后來(lái)的英國(guó)物理學(xué)家麥克斯韋首先用電磁場(chǎng)理論推證出來(lái),并算出晴天的太陽(yáng)對(duì)1平方米黑體（能夠完全吸收入射電磁波的理想物體）表面的壓力為417@10-6牛頓。1899年蘇聯(lián)物理學(xué)家列別捷夫用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了光壓的存在,并和美國(guó)物理學(xué)家尼科斯、赫耳分別用精密實(shí)驗(yàn)測(cè)定了光壓的大小,其值與理論相符。目前,光壓動(dòng)力已被用于行星探測(cè)船的姿態(tài)修正和控制（如/航海家四號(hào)0以光壓力矩控制姿態(tài)）。利用光壓作為主要推動(dòng)力最簡(jiǎn)單、最典型的應(yīng)用就是太陽(yáng)帆。太陽(yáng)帆是一種靠太陽(yáng)光壓作為控制力和推