从1957年 ， 人类将第一个航天器送入太空以来 ， 在短短的60多年里 ， 人类向太空发射的航天器已经超过了5000个 ， 可以说人类正大踏步向宇宙迈进 。
人类对于宇宙的探索 ， 在数量上自然是没得说 ， 但在质量上进步却并不是很快 ， 虽然迄今为止已经有数千个航天器漂浮在宇宙之中 ， 但这些航天器离开地球用的都是同一种方法 ， 那就是化学动力火箭发动机 。 火箭作为一种能够离开地球的顶级交通工具 ， 是普通交通工具所无法比拟的 ， 但有趣的是 ， 这种顶级的交通工具却与普通的交通工具在原理上并无不同 ， 它们都是依靠“扔东西”使自己向前推进的 ， 而这种推进方式的基本原理就是动量守恒 。 无论是汽车发动机也好、飞机发动机也好、火箭发动机也罢 ， 动力都是靠扔东西产生的 ， 扔得越快 ， 动力就越大 。
怎样才能扔得更快呢？两个事 ， 一个是燃料 ， 一个是助燃剂 。 飞机为什么能够比汽车更快？除去地面摩擦因素之外 ， 就是助燃剂了 。 助燃剂是什么？就是氧气 。
地球大气的氧气含量约为21% ， 这在任何地方都没有不同 ， 所以要想燃烧得更快 ， 就必须要将更多的空气输送给燃料 ， 所以飞机的发动机上都安装了抽风机 ， 所以飞机也就具有了比汽车更大的动力 。 那么火箭呢？再安装一台更大更快的抽风机？这当然是不行了 ， 想要获得足以摆脱地球引力的动力 ， 就必须要使用纯氧 。 有了纯氧 ， 火箭获得了足以摆脱地球引力的动力 ， 但同时也意味着到达了自身的极限 。 以化学动力为基础的火箭 ， 喷射速度是不可能无限提升的 。 一般来讲 ， 化学动力火箭的极限喷射速度应该不超过每秒5公里 。
喷射就是扔东西 ， 喷射速度越快 ， 也就是东西扔得越快 ， 东西扔得越快 ， 动力也就越强 ， 也就是说 ， 在行进距离相同的情况下 ， 东西扔得越快 ， 所需要的燃料也就越少 。
由于火箭的喷射速度存在着极限 ， 所以火箭所需携带的燃料也就无法降下来 ， 所以看起来体型庞大的火箭 ， 有效载荷却通常少得可怜 。 比如总质量达到3000多吨的土星五号运载火箭 ， 它的近地轨道有效载荷却仅有118吨、月球轨道有效载荷仅为45吨 。 可见 ， 人类要征服星辰大海 ， 只靠化学动力发动机是不行的 ， 正是因为这一点 ， 离子发动机诞生了 。 在一些报道中 ， 离子发动机被吹得神乎其神 ， 似乎人类终于不用再依靠扔东西向前推进了 ， 但其实这种认知是错误的 。 离子发动机虽然听起来很科幻 ， 但本质上还是扔东西 。
【离子火箭|化学动力发动机就是扔东西，离子发动机的原理是什么？其实也一样】迄今为止 ， 除了动量守恒定律之外 ， 人类没有任何其它前进的方式 。
那么什么是离子发动机呢？简单一点来讲 ， 离子发动机的原理大概是这个样子的：首先将汞原子注入到电离室之中 ， 然后使用电子枪向电离室中发射电子 ， 然后利用线圈对电子进行加速 ， 加速后的电子会轰击汞原子 ， 使之成为带正电的汞离子 ， 之后利用电场对其进行加速 ， 使之喷出产生推力 。
这样一说 ， 我们就明白了 ， 离子发动机本质上和化学发动机一样 ， 都是扔东西 ， 但不同的是 ， 离子发动机显然扔得更快 。 由于扔得越快 ， 所需要的燃料就越少 ， 所以离子发动机只需要携带少量的燃料就足够了 。 那么离子发动机扔东西有多快呢？化学动力火箭扔东西的极限速度为每秒5公里 ， 而美国深空1号所使用的离子发动机的喷射速度在每秒30公里左右 。
离子发动机虽然扔东西扔得更快 ， 但扔出来的东西却很少 ， 所以所产生的推力也非常有限 ， 还是以深空1号为例 ， 它工作一整天所能够产生的推力也仅有90毫牛 。
所以要靠离子发动机来摆脱地球引力是没有希望了 ， 就现阶段而言 ， 要将航天器送入太空 ， 还得依靠传统的化学动力火箭 。 不过一旦航天器进入到太空之中 ， 离子发动机就有了用武之地 ， 在没有任何阻力的太空之中 ， 虽然只有微小的推力 ， 但持续工作也可以为航天器实现加速 ， 而且正是由于其推力很小 ， 所以非常适合于精准调控 。 在2019年的时候 ， 我国就利用精度达0.0000001牛的离子发动机完成了对天琴一号的无拖拽控制飞行 ， 成为了世界上第二个掌握该技术的国家 。
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