中国空间站搭载黑科技霍尔电推进发动机，是全球首创的。包括美国和俄罗斯，都还没有把霍尔电推进技术应用到载人航天上呢。近期，中国空间站电推进发动机更换大气瓶，又是一个里程碑，标志着中国空间站用霍尔电推进发动机很可能将进入正式应用阶段。我是东城观星，再跟大家讲讲空间站里的高科技。

空间站核心舱发射的时候，我们就知道中国空间站安装了霍尔电推进发动机，这是一种代表着未来航天科技的推进技术。这种发动机最大的特点就是比冲非常高，比如中国空间站的霍尔电推进发动机比冲达到1600秒，比冲最高的霍尔电推进发动机理论上可以达到8000秒甚至更高。而常见火箭发动机的比冲，一般都在300秒左右。这意味着什么呢？意味着，同样的工作量，霍尔电推进发动机需要少很多的燃料。

正常来说电推进发动机使用的燃料并不是地球上用来燃烧的材料，叫燃料不太合适，我们应该把它叫做推进剂或者叫工质。但由于电推进发动机也是可以喷火的，为了方便大家理解，我这里还是把推进剂叫做燃料了。

就拿中国的空间站来说，在围绕地球旋转的过程中，由于存在空气阻力，速度每天都会下降，也就是轨道每天都会降低，如果不控制很快就会掉下来。要想让空间站不掉下来，就需要经常加速来维持轨道高度。如果用化学燃料来维持轨道的话，一年下来需要消耗将近一吨的燃料。换用霍尔电推进发动机维持轨道，只需要150公斤左右就差不多了，一年能节省几百公斤的燃料。几百公斤燃料，换成运费的话，那可是非常可观的，一般来说一公斤物体的发射成本大概在几万块钱，一年省几百公斤燃料，也就相当于省了几千万的运费，这可是一笔不小的费用啊。

前两年，中国空间站电推进发动机使用的一直是两个小气瓶，每个气瓶只能装大概20公斤的燃料，也就是一共有40公斤左右的燃料，这点燃料正常使用也就够空间站用一个季度的。以后换成大气瓶就不一样了，大气瓶能装120多公斤燃料，两个大气瓶就能装240多公斤燃料，足够空间站使用一年了。

之所以一开始没有使用大气瓶，是因为空间站发射的时候对体积重量都有严格的要求。原来的两个小气瓶，每个只有12L，影响不大，而大气瓶的体积是75升，这两个大家伙，必须固定在空间站外面，无疑会增加空间站的体积，改变空间站的形状。所以，中国空间站选择了一个先用小气瓶做试验的方案，待试验成熟以后再换成大气瓶。

细心的朋友可能会发现，中国货运飞船是每半年左右供应一次，那小气瓶里的燃料根本不够用啊。没燃料的时候怎么办呢？其实，中国空间站除了霍尔电推进发动机以外，还有传统燃料发动机，而传统燃料发动机才是空间站运行的主力，不管是改变轨道、调整姿态还是维持轨道，都可以用传统发动机。所以每次货运飞船都要给空间站补充燃料，那是传统的化学燃料，而不是霍尔电推进使用的燃料。货运飞船给空间站补充的燃料足够使用，完全不用担心没有燃料。

那霍尔电推进发动机用来干什么呢？前两年，霍尔电推进发动机主要用来做试验，通过空间运行试验验证地面设计的科学性，同时获得霍尔电推进发动机的运行数据，比如推力控制、比冲控制、温度控制、工作效果验证等等，为后面正式使用积累经验。因此，霍尔电推进发动机在前两年里，并没有全力以赴地工作，也就不需要那么多的燃料了，两个小气瓶的气体也足够做试验使用了，不够了再往里面灌一些就可以了。

经过验证，霍尔电推进发动机各系统运行正常以后，就可以进一步提高工作时长了。这个时候换上大气瓶就很有必要了，因为以后霍尔电推进发动机将会成为维持空间站轨道高度的主力发动机了。换句话说，每年需要的燃料将达到150公斤左右，小气瓶的携带量就不够用了。

当然，这里必须再强调一下，并不是说霍尔电推进发动机正式工作以后，传统发动机就可以休息了。霍尔电推进发动机的推力非常小，每台只有80毫牛，换算成重量的话，也就是8克左右，一次工作两台，一共160毫牛，16克。用16克的推力对付100吨重的空间站，你可以想象那是非常微弱的一个作用。这个微弱的作用即使是在真空中，作用效果也是非常微小的。所以这种电推进发动机在空间站上只适合用来克服空气阻力维持空间站轨道高度。至于空间站改变轨道和调整姿态，还是需要靠传统燃料发动机的。

中国空间站即将正式使用霍尔电推进发动机维持轨道高度，那是不是远远领先欧美国家了呢？其实并不能这么说。霍尔电推进发动机并不是最新的发动机技术，早在上世纪五六十年代就开始研发了，1971年苏联的霍尔电推进发动机就发射到太空进行试验了。美国是引进了俄罗斯的技术，1998年开始在轨试验，中国直到2012年才开展霍尔电推进发动机的在轨试验，比苏联晚了40年，比美国晚了14年。而且，进入21世纪以后，美国和欧洲大力发展霍尔电推进技术，已经超过俄罗斯成为该技术的领导者了。

目前在轨运行的卫星中，有几千个使用了霍尔电推进发动机，绝大多数都是美国的，其中SpaceX公司的星链卫星全部使用霍尔电推进发动机。只要有一台霍尔电推进发动机在轨运行，就算掌握了这项技术，那中国算是世界上第四个掌握该技术的国家。但是美国的SpaceX公司有几千枚使用霍尔电推进发动机的卫星在轨运行，那可以说是经验丰富了。另外，美国已经把几百毫牛的电推进发动机应用到了卫星上，地面研发也更加超前，可以说是从技术上有很大的优势。相对来说，中国使用霍尔电推进发动机的卫星数量还不多，经验还是有所欠缺的。

这次在空间站上使用，也是在积累霍尔电推进发动机的使用经验。当然，同时我们也可以看到中国空间站的这次实践其实并不简单。中国空间站给霍尔电推进发动机长寿命在轨验证提供了更宝贵的平台。跟高轨卫星只需要较短时间的轨道维持不同，空间站如果使用霍尔电推进发动机维持轨道的话，显然需要更长的工作时间，对于发动机性能的考验更加严格。很多卫星虽然设计寿命是15年，发动机也会工作15年，但发动机实际使用的时长远远达不到15年。同样是15年，空间站上的发动机显然要比卫星上工作时长长多了。对于充分验证电推进发动机来说，这是一个难得的机会。

更厉害的是，中国空间站上的霍尔电推进发动机不是一次性的，而是可加油、可维修、可更换的。中国空间站可以通过更换气瓶的方式补加燃料，不仅可以让电推进发动机实现更长的使用时间，能达到全寿命工作，而且可以验证未来的相关技术，为深空探测旅行积累经验。由于电推进发动机安装在空间站上，空间站里面有航天员，发动机出现故障以后，航天员可以出舱维修，而不必像卫星那样因为发动机故障而提前报废。更重要的是，中国空间站上的霍尔电推进发动机是可更换的，除了出现故障或者达到使用寿命可以更换以外，更可以实现电推进技术的迭代发展，以后更换时，可以直接换上升级款的发动机。

总的来说，中国空间站使用霍尔电推进发动机，不仅可以节省燃料节约成本，更可以帮助中国航天快速验证霍尔电推进技术，一个空间站的验证，很可能相当于几十个甚至几百个卫星的验证，能够快速高效的获得霍尔电推进发动机使用经验，为将来更进一步利用霍尔电推进技术，奠定良好的基础。

美国领导的月球轨道空间站，计划也会使用霍尔电推进发动机，推力比中国的发动机推力大，甚至会安装多种型号。但不管怎样，在霍尔电推进发动机载人应用方面，中国还是走到了美国前面。

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