流浪地球里的那种推进器，中国有了个可以载入史册的大突破

《环球时报》前几天用《大突破!赞就完事了》这个标题，来报道中国航天1牛顿霍尔效应电推力器点火成功的消息。

这个事儿，很多网友在评论区表示不明觉厉，我们今天就详细解释一下，让大家能赞得踏实，再赞个通透。

霍尔效应电推力器本质上也是一种火箭发动机，属于电火箭发动机的范畴。

火箭机推进最重要的指标是什么？是一种叫比冲的玩意儿。我们知道，在中学物理当中有叫做动量守恒的概念，对于火箭来说，往后喷出去多少动量，自己就得到了多少动量。这就是火箭推进的基本原理，伟大的齐奥尔科夫斯基公式就是这么来的。动量的计算方法是质量乘以速度。也就是说，火箭喷出去的物质乘以喷射速度就是动量。火箭要是想飞得快，有两个办法，一个是多喷点东西，二个是喷快一点。显然，喷快一点的选择比较理想。因此，人们建立了一个叫做比冲的概念，也就是说，把一千克的推进剂变成燃气喷出去，能产生多少冲量——中学物理还说了，冲量等于动量。喜爱物理的人们一算就会发现，比冲的单位和速度不是一样的吗？没错，比冲乘以重力加速度就等于火箭喷气的流动速度。

那么问题就容易解决了，要想火箭飞得快，就得能喷，使劲喷!

人类喷了几十年，终于无奈地发现一件事，喷得最快的燃料组合，也不过就是液氢和液氧，喷射速度可以达到每秒3500米左右。看起来这个数字很不错，但是考虑到火箭自己还有庞大的金属结构、电子系统、要运载的卫星……如果是载人飞行，还要加上人的肉身和呼吸用的空气，维持生命用的饮水、食物，3500这个数字太可怜了。

如果我们要带着地球流浪到比邻星去，液氢液氧是一点可能性都没有的。大家等死吧。

然而，电火箭发动机或许可以做到。用电场和磁场把离子和电子加快到极高的速度，从喷管喷射出去。虽然这些微观粒子的质量很小，但速度极快，同样可以实现很高的比冲。

▲美国研制的离子推力器

我们现在最常讨论的是所谓霍尔效应电推力器和离子推力器。所谓霍尔效应，是1879年美国物理学家霍尔在研究半导体的时候发现的。闲话少说，它的喷射速度有多少呢？可以达到每秒10000米以上，最高可以达到每秒80000米!离子推力器的比冲同样是这个规模，而且这种技术就是齐奥尔科夫斯基本人提出的。用这样几十倍于液氢液氧的喷射速度，把地球推走，还是有希望的。

然而电火箭发动机现在的最大问题，就是推力不足。无论霍尔推力器还是离子推力器，眼下都只有“推动一张纸”的能力。绝大多数电火箭发动机的推力，都只能用毫牛顿来衡量。

日本隼鸟2号小行星探测器如今正在向地球返航。它的离子推力器号称当今世界上最先进的型号之一，那么推力有多少呢？只有29.56毫牛。美国波音公司用在702卫星平台上的离子推力器更强大一些，推力达到了165毫牛之多!

俄罗斯更喜欢搞霍尔推力器，他们出口的SPT-100推力器是国际宇航市场上的抢手货。它的推力高达83毫牛，真是了不起。

▲SPT-100推力器

嗯!等一下，我们不是在讨论一种一牛顿的发动机吗？那不就是1000毫牛吗？

电火箭发动机和新能源汽车一样，都要面对电动力系统的普遍性问题，那就是能量密度低。要达到同样的功率，化学燃烧所需要的设备质量和体积，要比电力系统少得多。我们用一个小小的打火机就能发出明火，要是用电力实现同样大小的火焰，需要的发电、输电、用电设备比打火机庞大多了。电火箭发动机面临的问题也一样。数十年来，科学家和工程师们致力于缩小用电设备体积和重量，用尽量小、尽量轻的推力器实现尽量高的推力。而一牛顿是个决定性的里程碑，意味着中国可以制造飞行速度更快、航程更远的星际飞行器。我们很难说这是万里长征的第几步，但把它写进共和国乃至人类文明的史册里，是完全有必要的。

这里还有一件事情要强调说明，中国的1牛顿推力器功耗达到20千瓦。用这么大功率才实现了1牛顿推力，听起来挺逊的。但我们在讨论航天，能用宇航产品的重量和体积要求实现20千瓦的用电功率，哪怕只是个电炉子，也是了不起的成就。

下面的问题，就是怎么让1牛顿推力器上天了。卫星和飞船上只能用太阳能电池发电，不可能带一个燃煤发电厂上天。所以，今天的电火箭发动机的推力都很小，必须用化学火箭送进太空以后才能发挥作用。我们能想到什么办法呢？没错!和刘慈欣想的一样，用核反应堆。核反应堆在宇宙里比在地面上更有应用优势，首先是散热问题不用太担心，其次是辐射问题不用太担心，只要不烧坏自己就行了。

当然，1牛顿还不够把地球推到比邻星去。那么，我们是不是可以期待一下，10牛顿推力器什么时候可以点火呢？