
就在3月16日,中国空间站又迎来一次升级!神舟二十一号航天员张陆和武飞进行了出舱活动,张洪章在空间站内密切配合,他们携手完成了空间碎片防护装置安装等任务,这对于进一步提升空间站安全性能具有重要作用。

每当中国载人航天取得新的成就时,都不能忘记“中国航天之父”钱学森所做出的突出贡献。很多人不知道的是,在中国空间站的轨道维持系统中,就使用了一种特殊的推进技术:霍尔电推进器。而这种技术的发展方向,早在50多年前就被钱学森敏锐地看到了!
中国空间站在太空中飞行,为什么还需要发动机?
事实上,空间站并不是靠发动机一直推动飞行的。理论上,当航天器进入轨道后,只要速度足够快,达到每秒7.9公里的第一宇宙速度,它就会在地球引力的作用下绕着地球不断飞行。
但这里有一个问题,地球周围并不是真正的真空。中国空间站的轨道高度大约在390公里左右,这里仍然存在极其稀薄的大气。虽然密度只有地表的千亿分之一,但对于巨大的空间站来说,这些微弱阻力仍然会不断消耗它的动能。

如果不采取任何措施,空间站的轨道高度每个月都会下降约2公里。时间一长,它就可能重新坠入大气层。因此,空间站必须定期“补充动力”,把轨道重新抬高。
传统做法是使用化学火箭发动机,也就是我们熟悉的燃料燃烧推进器。这种方式推力很大,但缺点也非常明显,就是需要消耗大量燃料。国际空间站每年为了维持轨道,燃料成本就高达约2亿美元。

为了降低成本,中国空间站的轨道维持采用了一种更先进的技术——电推进。
4台0.32牛的“神推”推动了100吨中国空间站!在中国空间站的天和核心舱上,安装了4台霍尔电推进发动机。从数据上来看,与传统的火箭发动机相比,它们的推力其实非常小,每台只有80毫牛。80毫牛是什么概念?

一枚普通鸡蛋的重量大约是500毫牛,也就是说,这台发动机在地球上甚至连一个鸡蛋都举不起来。就算4台这种发动机加起来的推力,也只有0.32牛顿,也不够在地球上举起一枚鸡蛋。
这点力量,在地球上可能连一张纸都推不动。但在几乎没有阻力的太空中,这种微小的推力却足以改变重达100吨的中国空间站的轨道。其中的奥秘就在于,效率。

霍尔电推进器属于电推进系统,它的工作原理并不是燃烧燃料,而是利用电磁场加速离子。简单来说,推进器会把惰性气体(通常是氙气或氪气)电离成等离子体,然后利用电场和磁场把这些带电粒子以极高速度喷射出去。
这些离子的喷射速度可以达到每秒10公里到80公里。相比之下,传统化学火箭喷气速度只有每秒3到4公里。速度越高,单位质量产生的推力就越大,这个指标在航天领域被称为“比冲”。

化学火箭的比冲一般在200到300秒,而霍尔电推进器可以达到1000秒甚至更高,相当于效率提高了5到10倍。因此,使用同样质量的推进剂,电推进可以产生更长时间的推力。
钱学森高瞻远瞩:1970年就看准了电推进这条路早在1970年左右,钱学森就在一份文件中用铅笔批示:我国也要发展电推进技术。那时候国际上电推进还处于实验室阶段,美国和苏联刚开始试验,钱老却已经高瞻远瞩地指出,这将是未来航天动力的方向。

正是钱老的批示,为中国电推进研究点燃了第一把火。经过数十载持续的技术攻关,我国科学家终于在2012年完成了国产霍尔电推进器的飞行试验。从那时起,中国电推进技术开始快速发展。
如今,中国空间站、北斗导航卫星、气象卫星等多个航天器都已经使用霍尔电推进系统。在商业航天领域,这项技术更是大规模应用。

截至2025年,中国航天五院研制的霍尔电推进系统已经在100多颗卫星上运行,总在轨工作时间超过115星年。多颗卫星在轨连续点火超过500小时,累计点火次数超过2万次,表现出极高的可靠性。
目前,中国已经形成了完整的霍尔电推进产品体系,功率从100瓦到1100瓦不等,可以满足200公斤到2000公斤卫星的轨道控制需求。未来,中国还计划研发更大功率的电推进系统,比如,2000瓦甚至5000瓦级霍尔推进器。

每当提及中国空间站时,也许很少有人会想到,这个重达100吨的庞然大物,正有4台推力只有毫牛级的小小发动机,在默默推动着它绕地球飞行。
而这一切的起点,正来自钱学森当年的那句批示——中国要发展电推进。