離子火箭是一種小功率的火箭，它的壽命很長，可以在10年以上的時間內連續提供小推力。利用原子的猛烈撞擊，使原子外層的電子外脫離原子核飛出來，成為帶電的離子。用高壓電場將這些離子加速到每小時15萬公里的速度，高速離子流從噴口噴出，推動火箭前進先用大功率的化學火箭將飛行器送入環繞地球的軌道，然後用這種小推力火箭去執行各種特殊任務。
基本介紹
- 中文名：離子火箭
- 外文名：ion rocket
- 類別：火箭
- 優點：壽命長、不需要燃料
- 出現時間：1964年7月
- 動力裝置：離子推力器
介紹,離子推力器工作原理,離子推力器分類,離子火箭的優缺點,離子火箭的優點,離子火箭的不足,套用情況,
介紹
離子火箭主要包括電源、推進劑儲箱、正離子源、靜電加速器（離子槍）電子源等幾個部分。推進劑是利用容易電離的鹼金屬，最好用銫，先使它加熱變成蒸汽，然後讓銫蒸汽通過高溫的松孔鎢塊，這時銫原子被加熱，就會丟失外層的電子，使自己變成帶正電的離子（有時不用鎢塊加熱，而利用電子轟擊銫原子，也能使其電離）；正離子再被一個具有很大電勢差的強電場所加速，以每秒40一100千米的速度噴出火箭，從而使火箭獲得推力。離子火箭具有的電場，目前大約是在幾毫米的距離內電勢下降幾千伏，帶正電的離子在這樣強的電場內，由於靜電同性相斥的原理作用，就被以很高的速度推出噴口。為了不使電子在離子火箭發動機內積存起來，在噴口附近要把等量的電子通過電子源噴出加入到正離子流中去。
離子火箭內的電源，則不斷地把電能供應給熱銫、鎢和維持強電場所用。由電能轉換成噴出離子的動能，中間要受到一部分能量的損失，所以它的能量只有50%一80%被利用。不過這樣的能量利用率，在同其他幾種電火箭比較起來，還是最高的。
離子推力器工作原理
離子推進系統具有高噴射速度（>25000m/s）、高效率、長壽命、體積小等特點。在太空飛行器作星際飛行以及深空探測時，太空飛行器需要一個高的速度增量，而離子推力器的特點正滿足了這一需求，適於承擔太空飛行器推進任務。
離子推力器是通過電能轉換成工作介質的動能，再利用力學原理產生反作用力的裝置系統。它主要由四個子系統構成：推力器子系統、推進劑供給子系統、供配電子系統、數字控制與接口子系統，如圖1所示。
推力器子系統的基本組件有放電室、離子光學引出系統和中和器，如圖2所示。在放電室內由空心陰極發射的電子碰撞推進劑原子使之電離，進入放電室，被電離了的離子被離子光學系統加速引出，產生推力。這些離子被加速到所要求的排氣速度後，中和器將發射等量的負電子到離子束中，以使太空飛行器表面呈準電中性。推進劑供給子系統主要用於貯存需要的推進劑並在一定的流率下從貯罐中排出推進劑。供配電子系統的作用是把電源轉換器提供的電源變換成推力器所要求的電源，並採用相應的過載、電弧、故障和誤動作保護。數字接口與控制子系統是對推力器的電源單元提供控制並按照一定的程式使離子推力器完成啟動、點火、放電、加高壓、引出束流、穩態運行、關機等工作。
從推力器工作原理來看，實現推力器結構的最佳化及工作性能的提高主要集中在推力器性能研究、電漿特性研究、推力器性能的空間適應性研究、推力器與太空飛行器的電磁兼容性研究、推力器羽流與太空飛行器相互作用的研究以及推力器數值模型等工作。地面試驗主要有：放電室空心陰極性能試驗；推力器啟動性能試驗；離子光學系統性能最佳化試驗；磁場的最佳化設計試驗；流率控制試驗；推力器放電室電漿診斷試驗；推力器羽流試驗；推力測量。
離子推力器分類
根據離子推力器離化方式不同，可以將離子推力器分為：接觸式離子推力器、直流放電式離子推力器、電子轟擊式離子推力器（即Kaufman型）、射頻推力器和場發射離子推力器五種。其中，直流電子轟擊式離子推力器在美國已經得到了很大的發展。這些推力器的推力都產生於高速噴射的離子束。
離子火箭的優缺點
離子火箭的優點
1）離子發動機很經濟，可以把大多數輸入的能量轉化為推力。
2）一台離子發動機可以工作很長時間，因此可以使小型飛行器獲得很高的速度，儘管加速過程比較慢。
3）離子發動機的固有安全性很高，因為它不必攜帶會在外太空燃燒或爆炸的燃料。
離子火箭的不足
1）線性粒子加速器需要很大的能量才能工作。目前可以長時間提供這種能量的唯一方式就是核裂變，所以必須有一個船載反應堆。
2）在長途旅行中，獲得和攜帶足夠數量的燃料（氫或氦）確實是一個難題。
3）因為離子火箭加速緩慢，所以不能作為太空飛行器的發射裝置來將其送入地球軌道。它僅僅適用於已進入太空的飛船。
套用情況
美國從1964年7月研製離子火箭，第一台離子火箭推力僅為0.3牛。前蘇聯也從1966年10月開始進行試驗。在今後的宇宙航行中，這種小推力火箭將發揮重要作用。
中國第一台用水銀作推進劑的新型離子火箭發動機試驗樣機在航天部蘭州物理研究所通過部級鑑定。離子火箭發動機是電火箭的一種，是國際上新興的一門尖端技術，其用途是在衛星被大推力的火箭送入空間軌道後，再用這種火箭發動機對衛星進行精確的位置保持和姿態控制。以水銀作推進劑的火箭發動機技術難度大，在國際上尚處在試驗階段。它具備體積小。控制精度高。使用時間長的優點，適應現代長壽命衛星的發展趨勢。參加鑑定的中國一些著名火箭發動機專家認為，這台LF8型離子火箭發動機已達到國際同類型離子火箭發動機的先進水平。
