离子推进器(Ion Thruster)是什么?

《星际传奇》这个电影里面的有的飞船用的离子推进,说会留下尾迹,被发现。

那什么是离子推进呢?为什么会留下尾迹?

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2个答案
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章鱼喵.时见疏星理论物理专业,西夏文爱好者

2013-04-07 17:03

离子推进引擎:


(出自:NASA’s NEXT ion drive breaks world record, will eventually power interplanetary missions

是利用电场给离子加速,使之喷出,并使火箭获得推力的一种引擎。主要工作物质是带电离子,而这些离子主要是通过电离某些物质来获得。

从图中可以看到这种推进装置的工作原理大致为:
左端把气体注入进来一个空腔,空腔内通过电子枪和电场加速电子,是的电子有较高的速度。这种情况下电子会撞击刚刚注入进来的原子,使之电离,分离成为带电的离子和电子。这些物质进入到右侧的两个绿色的平行板之间,带正电的的离子被平行板加速,之后离开飞船。(看到一个优势了么?这个与平行板的距离没关系,仅仅与我们的平行板之间的电势差有关,这样我们可以做的距离很近,从而减小推进器的尺寸。)
然后粒子高速离开飞船,这样动量守恒/定理,飞船就向前飞去。

因为这种方法中,转换成了离子的动能的能量比例很大,所以对燃料的利用率比较高。但是现阶段的技术中,推力还不够大。由于这两点,才导致目前设想的离子推进可能会主要用于远程的航线。

ESA 有个小动画,来表现相比于传统的化学燃料火箭,离子引擎的优势在哪里:
http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Exploring_space/Ion_drive_versus_chemical_rocket

因为这种使用电场加速带电粒子作为主要驱动的方式,使得这成为一种可以使用「电池」(好吧,名字而已,电源)的推进方式。比如太阳能电池,核电池什么的。
(题主提到的电影《星际传奇》中,第一部里面有搬运电池的情节,估计就是离子推进的原因吧,需要电池来供电,产生电场,来加速粒子。这也使为什么这飞船能做的比较小,因为利用率高。)

值得一提的是,离子推进的最初的设想是由齐奥尔科夫斯基提出的,此人真是航天巨人啊。


至于留下尾迹,这应该是工质推进器的通病吧。这点点原子分子啦什么的,被留在航线上,会自己扩散开去吧。不过扩散应该不怎么快,所以如果尽快测量的话,是可以发现的吧。

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说不定在飞船里面加一个回旋加速器然后从直线加速器射出来可以获得更大的动能呃。http://www.guokr.com/question/452527/ 这里有一个问题需要解答→_→

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