新型航天推进技术研究

肖应超

摘 要 从卫星升天到载人航天，从人类踏上月球到火星探测，随着航天技术的不断进步，人类也已经将目光放到了更遥远的太空深处。伴随着航天探测任务难度的不断升级，航天器的各项技术要求也更为苛刻。本文主要对目前航天推进新技术进行了介绍，对目前正在发展或者还处于设想阶段的几种航天推进新技术进行了阐述。

关键词 航天推进 推进新技术 电推进

中图分类号：V1 文献标识码：A

0引言

目前在各类航天器上应用最为广泛的是化学推进系统，其主要是靠液体或者固体燃料在燃烧室内燃烧产生大量气体，通过喷管向外喷出，在反作用力下推动航天器运动。从1926年美国人戈达德研制出以液氧、汽油为推进剂的液体火箭发动机至今。传统的化学推进系统已经走过了90多个春秋，其技术理论已经达到了比较成熟的阶段。由于化学推进可以提供大推力，其一直是航天器的主推进系统。但随着人类对宇宙空间探索范围的不断加大，传统的化学推进的弊端逐渐显露出来。传统的化学推进系统需要携带大量的燃料，目前的液体和固体火箭发动机所要携带的燃料质量占到了总质量的90%以上。同时，现在的运载工具需要有2-3级火箭的持续加速才能将航天器送入轨道。其燃料耗费多、速度不够高等缺点导致其无法满足深空探测要求。因此，有必要将目光从传统化学推挤系统上移开，寻找新型的推进技术，以满足未来太空探测的需要。

1新型的推进技术

1.1激光推进

随着激光器的发展，1971年，有美国学者提出了激光推进的概念。激光推进可提供很大的推理与比冲，据估计，一旦激光推进技术得到广泛应用，发射费用将降低两个数量级左右，这将会彻底改变传统火箭发射航天器的模式。激光推进的实质就是激光与物质相互作用，将远距离的激光能量导入推进器的推进剂中，使其温度急剧升高，形成高温高压气体或等离子体，然后从喷管中喷射出来，从而产生推力。与传统的化学推进相比，激光推进最为突出的优点是燃料携带量下降，航天器在大气层中飞行时，只需对大气层加热，穿过大气层后只需要少量工质即可工作。这样就可把有效载荷提高到15%以上，极大地降低发射费用。

1.2电推进技术

电推进是由太阳能或核能经转换装置获得电能，利用电能再加热推进剂或电离推进剂，加速工质，使其形成高速射流喷出而产生推力推进航天器飞行。电推进技术是迄今为止发展最为快速最为成熟的非化学火箭推进技术。电推进技术按照电能的获得方式可分为太阳能电推进技术和核电推进技术两大类。按照工质的加热方式，可分为电热式、电磁式、静电式和混合式。电火箭的比冲高、寿命长、重复启动性好等特点使其十分适合于深空探测。近几十年来，各国都在积极开发与利用电推进技术。也取得了一定的成绩，如2003年日本发射的隼鸟号小行星探测器就采用的是微波离子推进器，欧空局于2006年也验证了霍尔推进器。

1.3太阳帆推进技术

类似于帆船前进一样，太阳帆推进技术就是利用太阳光子和其他的一些离子流照射在展开的反射帆上，利用其反推力提供足够的动力驱动航天器飞行。第一代已经生产的太阳帆由平滑材料制成，外面涂敷反射涂层，由连接到中心毂上的超轻结构支撑。以这种形式的光压推进将主要用在深空探测器的姿态修正上，它的最大优点是不需要任何动力，理论上只要太阳存在，就可以持续提供动力来加速航天器。2005年世界上第一个采用太阳帆推进的航天器发射升空。虽然这次发射没有成功，但其向人们展示了太阳帆推进技术的光明前景。

1.4微波推进

微波推进主要依赖于微波发生器所产生的微波所携带的能量作为提供推进剂所需的能源。微波推进器可以利用内部、外部甚至远距离的微波束传来的能量。由于其推进系统与航天器本身分离，因此，利用微波推进系统将极大简化了航天器结构。其在使用寿命、性能、效率等方面都具有显著特点。其可使航天器进行轨道转移、姿态控制和星际航行等动作。尽管其目前还处于理论阶段，但它必将会有大好的应用前景。

1.5反物质推进

进行星际航行是人类多年以来的梦想，但以目前推进技术所能达到的极限而言，进行星际航行还是一个遥远的梦想。要进行星际航行，必须要使火箭的喷气速度达到接近光速才行。反物质推进被看作是进行星际航行最为有效的方式。根据爱因斯坦能量方程，质量和能量是不可分割的，质量可以全部转化为动能。因此可以利用物质与反物质湮灭反应可以将质量全部转换成动能。例如质子和反物质结合湮灭产生两个或多个介子，这些带电粒子在强电场作用下可以以极高的速度喷射，理论上可以达到光速，而且湮灭反应是自然发生的，并不需要复杂的设备。但是，在目前的条件下，大量反物质的生产和存储问题还没有得到解决，因此，该想法目前还处于设想阶段，真正实现也许还需要上百年的时间。

2结语

飞出地球去探索神秘的宇宙空间一直都是全人类自古以来的期望。20世纪以来，随着航天技术的不断发展，人们已经成功将宇航员送入到了月球，并且开展了有关火星的探测。但要进行更为深入的探测，目前的技术还达不到要求，需要我们提高航天器性能。所谓航天探路，动力先行，推进系统作为航天器最为重要的一环，自然成为世界各国突破的关键口。20世纪后半期，随着一些新型推进系统理论的成熟以及试验的成功，已经有不少航天器装载了相关的推进系统并且发挥出了其优势。虽然目前阶段，很多设想还处于理论阶段或者还不成熟，但相信随着科技的进步，人类深空探索与星际航行的梦想将不再遥远。

参考文献

[1] 周新红，陈雅东.航天推进新技术开拓太空探索新时代[J].飞航导弹，2006.

[2] 韩鸿硕，陈杰.21世纪国外深空探测的关键技术[J].中国航天，2008.