星驰科普第3期：离子推进，星火燎原
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迈向宇宙，我们首先要突破的就是地心引力。而目前来说，摆脱地心引力的唯一方式就是利用化学火箭的短时、高能反应释放的能量反推进入太空。而发射入轨的卫星同时也携带着不同程序的化学火箭发动机，用以调整轨道。毕竟地球附近的真空也不空，还是会有大气摩擦，适时调整轨道高度，防止轨道编程弹道。
图：卫星火箭发动机示例
但是一个4.8吨的卫星其中化学燃料就能占到3吨，这极大的阻碍了科学研究，因为这意味着降低了可用载荷。为此各大国都在尝试解决这个问题，其中，最成功的便是离子推进器。
什么是离子推进器？
离子推进器全称离子喷气发动机，其工作原理与传统的化学燃料发动机有很大的区别。传统发动机需要高能燃料反应产生的高热气体，使其在燃烧室处于高压状态，并最终从火箭喷口喷出，气体从喷口喷出产生的反作用力推动飞船朝反方向运动。
图：离子发动机试验图。
而离子发动机则不同，它不需要加热或加压气体，而是向气体（一般为氙）气施加少量电荷，这会导致其电离，形成离子，随后对其施加强大的电压进行加速，使其穿过金属格栅，以9万英里（14.5万公里）的时速喷射出去，由于速度极快，单个离子也能对飞船产生极大的反推力。
因此，离子推进又叫做电推——全过程除少量消耗气体外基本用电。
如果卫星采用离子电推进系统替代化学推进，仅南北位置保持就可省去810公斤燃料，如果执行全电推进方案，使卫星“瘦身”至2吨以下，省出来的空间和重量可安装更多科学设备载荷。
但离子推进也有一个巨大且显而易见的缺点——推力太小。毕竟都是单个离子的反推效果。一般离子推进器产生的推力只够吹动一张纸，更别说将几吨重的卫星送上天。但别忘了，在宇宙中，就算还有少量的阻力，但几乎可以看成真空，在那里，离子推进器全功率运作可以运行上万小时，产生的高加速度也是显而易见的。
有一句古话是四两拨千斤，说的应该就是它。
以NASA的黎明号探测器为例，其需要4天时间才能从0加速到6英里（9.6公里）时速，虽然听起来还比不上一辆老爷车的效率，但事实上，它并不仅仅只开启4天，它可以连续开启一周或一年，就像黎明号那样连续开启5年，就能够达到非常高的速度，这就是我们所说的耐心的加速。
我国的发展现状。
510所自2007年从工程样机起步，5年内，研制成功200毫米离子电推进系统，走完了国外同阶段耗时近10年才走完的路。该系统装载在2012年发射的“实践九号”卫星上，经过长达一年的在轨飞行试验考验，表现优异。专家认为该系统已达到国际先进水平，一些主要技术指标优于国外同类产品。
据悉，2015年前后，电推进系统将有望在我国航天器上全面应用，从而大大提升我国通信卫星系列平台、深空探测航天器、重力场测量卫星、载人航天空间站等航天器的整体技术水平和整器性能。
总结。
图：想象的离子推进飞船
在不久的将来我们的很多深空探测都会依赖于离子推进器，短期探索火星到长期的对外太阳系的探索都离不开它。希望有一天能够看到它载着英勇的人类踏上殖民外星的伟大征程。
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