太空推进器研究进展论文

我的航天技术论文在过去半年中，接连发生了两起重大航天灾难。尽管人们备感痛惜，但这些挫折并不能阻挡人类进军宇宙的步伐。 既然航天活动风险如此之大，为什么人类依然不放弃进军宇宙的梦想呢？从长期看，地球的资源是有限的，人类总有一天必须走出自己的摇篮；从中短期看，航天活动可带来巨大回报，是一个国家综合国力的体现。进军宇宙是人类现在和未来的一项伟大事业。于是，载人航天成为现代航天科技发展的重中之重……中国载人航天技术的发展及其意义和前景俗话说，天高任鸟飞，海阔凭鱼跃。人类在漫长的社会进步中不断扩展自身的生存空间。现在，人类的活动范围已经历了从陆地到海洋，从海洋到大气层空间，再从大气层空间到太空的逐步发展过程。人类活动范围的每一次扩展都是一次伟大的飞跃。中国载人航天技术的发展历程很久以前，人类就有飞出地球、探知太空奥秘和开发宇宙资源的愿望，我国古代的不少神话故事便是突出的反映。最典型的是流传很广的嫦娥奔月，它描写一个叫嫦娥的美女，偷吃了丈夫后羿从西王母那里求得的长生不老的仙药后，身体变轻飘到月亮上去了。历史上第一个试验乘火箭上天的人是15世纪中国官员万户。1945年，美国学者基姆在他的《火箭与喷气发动机》一书中是这样描写的：万户先做了两个大风筝，并排装在一把椅子的两边。然后，他在椅子下面捆绑了47支当时能买到的最大火箭。准备完毕后，万户坐在椅子当中，然后命其仆人点燃火箭。但是，随着一声巨响，他消失在火焰和烟雾中，人类首次火箭飞行尝试没有成功。20世纪80年代，改革开放带来了航天技术的春天。1986年，中共中央、国务院批准了《高技术研究发展计划("863"计划)纲要》，把航天技术列为我国高技术研究发展的重点之一。"863"高技术航天领域的专家们对我国航天技术未来的发展进行了深入细致的论证，描绘了我国航天技术发展前景的蓝图，一致认为载人航天是我国继人造卫星工程之后合乎逻辑的下一步发展目标。1992年1月，党中央批准研制载人飞船工程。自此，我国的载人航天工程正式启动。1999年11月20日，我国成功发射了自行研制的第一艘飞船神舟1号，成为世界上第三个发射宇宙飞船的国家。此后，又分别把神舟2、3和4号送上九重天。在1992年开始研制载人飞船之前，我国"863"高技术航天领域的专家们曾为研制哪种运输器这个问题进行了几年的研究，即对从研制飞船起步和越过载人飞船直接发展航天飞机的多种技术方案进行了充分的论证、比较和分析，甚至还激烈地争论过。2003年10月15日圆了万户的梦，因为在这一天中国人民期待已久的第一艘载人飞船神舟5号顺利升空并安全返回，实现了中华千年飞天的理想。它也打破了美国和苏联.俄罗斯在这一领域的多年垄断格局，成为世界第3个独立自主研制并发射载人航天器的国家，这对世界载人航天事业的发展和振兴中华会起到巨大的推动作用。载人航天的重大意义历史上，远洋航海技术的兴起，导致了世界贸易的发展、世界市场的开辟和近代科学的一系列成就，开始了一个"全球文明"的时代。当代载人航天技术的问世，则使人类走出地球这一摇篮而到达太空，开始了一个"空间文明"的新时代。载人航天是航天技术向更高阶段的发展。不过，由于载人航天技术与无人航天技术有很大差别，主要反映在安全性、复杂性和成本高三个方面，所以从1961年第一名航天员上天到现在，它还没有表现出特别明显的用途。但从可以预见的未来来看，人类现在面临的资源枯竭、人口急增等急待解决的几大问题，只有通过开放地球、扩大人类生存空间来解决。即使在当代，发展载人航天也可以起到以下作用：首先，它能体现一个国家综合国力和提升国际威望。因为航天技术的水平与成就是一个国家经济、科学和技术实力的综合反映。载人航天是航天技术向更高阶段的发展，载人航天的突破--用本国的载人航天器将航天员送入太空并安全返回，更是一个国家综合国力强大的标志。发展载人航天需要依靠先进的技术水平、发达的工业基础和雄厚的经济实力。迄今为止，只有俄罗斯和美国实现了载人航天。其他拥有一定航天技术基础或较强经济实力的国家，虽欲染指载人航天，但因力不从心，所以只能求助于与他们合作，出钱出资，用俄、美的载人航天器将本国航天员送上太空，以图逐步加入世界"载人航天俱乐部"。邓小平同志曾经说过：没有两弹一星就没有中国的大国地位。所以，我国航天员进入太空，也能像上世纪六七十年代我国拥有"两弹一星"那样，引起全世界注视，提高我国的国际地位，振奋民族精神，增强全民的凝聚力。其次，它能体现现代科技多个领域的成就，同时又给现代科技各个领域提出新的发展需求，从而可以大大促进整个科技的发展，并将为培养和造就航天科技人才作贡献。例如，就载人航天器本身的研制和运行而言，它对通信、遥感、推进、测量、材料、计算机、系统工程、自动控制、环境控制和生命保障等技术提出了很高的要求，因而大大推动了这些技术的进步。再有，载人航天的发展能促进太空资源的开发，为地球上的人类造福。载人航天器所处的高远位置和微重力等特殊环境，可为科研提供一个理想的实验场所，它在推动生命科学与生物技术、微重力科学与应用等许多方面正发挥着重要作用，并有望在一些前沿学科上取得突破性进展，为人类带来巨大的效益。一些国家已经在太空制药、太空育种和太空材料加工等领域取得显著成果，并准备建造太空工厂，其效率和效益不可限量。另外，地球能容纳的人口是有限的，大约80亿～110亿，因此有些人已经开始研究向外空移民的方案；地球上的能源也日益紧张，那么是否可以到别的星球开发矿藏呢？这是科学家所关心的一个问题，而且不是天方夜潭，因为类似载人登月等许多过去可望不可及的神话和幻想，如今有不少都变成了现实。最后，载人航天具有巨大的军事潜力。使用载人航天器可以很好地完成侦察和监视任务；灵活部署、修理和组装大型军用卫星；安全而连续地指挥和控制地面军事力量；还能作为特殊武器的试验场。例如，早在1965年12月，美国双子星座7号飞船上的航天员就曾用红外遥感器监视和跟踪了1枚潜射导弹的发射，所获信息比潜艇上的观察人员报告的还要快。第1次、2次海湾战期间，和平号空间站与"国际空间站"上的航天员对战区进行了大量观测活动，取得了许多有用的信息。中国载人航天的未来前景中国载人航天将实施"三步走"的发展战略。中国在成功发射4艘无人试验飞船的基础上，已将首位航天员送入太空，实现了载人航天的历史性突破。然而这只是第一步。第二步除继续用载人飞船进行对地观测和空间试验外，重点包括出舱活动、空间交会对接试验和发射长期自主飞行、短期有人照料的空间实验室，以尽早建成完整配套的空间工程大系统，解决一定规模的空间应用问题。第三步是建造更大的长期有人照料的空间站。

IT之家 1 月 1 日消息，根据天仪卫星官方消息，2021 年 11 月 17 日，国际顶级科学期刊《自然》刊登了在天仪卫星上搭载的推进器在轨演示试验成果。文章展示了天仪卫星的碘电推进器在太空的成功试验，圆满完成了世界首例碘电推进器的首次成功飞行， 证明了碘作为电力推进系统推进剂的可行性 ，是碘电推进技术在太空领域商业应用的重要一步，具有里程碑意义。碘是小卫星电推器的理想燃料，由于太空环境和地面环境的不同，碘离子束在太空的工作状态与地面状态差别很大。为了在太空环境下测量、验证碘电推进器， 天仪研究院与法国创企 ThrustMe 合作，使用天仪北航空事卫星一号 ，于 2020 年 11 月 6 号成功将 ThrustMe 研制出的世界上第一个碘电推进器送入太空。天仪卫星平台不仅通过对姿态控制、供电、通讯和任务规划等方面进行全面升级，以达到完全满足碘电推进器太空测试的要求；同时，天仪技术团队也为此次在轨测试提供了完美的技术支持， 在 6 个月内共进行了 200 余次轨道机动任务 ，轨道半长轴正反变化累积超过 60km。IT之家了解到，随着实验的成功验证，也使天仪卫星拥有长时间连续不断的轨控能力以满足各种飞行任务的要求， 且该推进器成本远远低于常规氙燃料电推进器 ，使天仪卫星平台能够以更低的成本为空间科研用户提供更好的服务。 天仪和 ThrustMe 的成功合作，有望使得更多搭载碘电推进器的卫星进入航天市场。

现如今的航天科技已经取得了许多重大的突破，但是，有一些设计却由于种种原因仍然停留在上个世纪中期时候的水平，例如火箭的推进技术。至今为止，火箭推进依然是采用最为常规的化学推进剂。而化学燃料效能有限，又必须占据大量的空间，这使得其他火箭技术的发展也因而受阻。

在传统的火箭中，化学推进剂通过混合发生反应，进而产生热量并膨胀，燃烧室内的气体从尾部喷出，形成推力。火箭推进的原理就是利用这种反作用力。然而，化学推进剂所产生的推力除了推动火箭之外，还需要考虑这些燃料本身的重量和体积。这也就限制了火箭的性能，因为能够携带的燃料是有限的。

因此，只要是使用化学燃料，火箭必然不可能去到太远的地方，也突破不了速度的极限。那么，是否有新的方法来解决传统火箭的推进问题呢？电推进技术是一种解决方案，利用电场与带电粒子可以实现比化学燃料更高的性能。但是如前所述，这些方法都是五六十年代的思路，至今也几乎没有任何新的进步。

近年来，美国国家航空航天局（NASA）设立了相关的研究项目，目的就是要提出新的方案来解决这个问题。科学家们把目光投向了力学中的马赫效应（Mach effect）：当物体加速时，其质量会发生轻微的改变，这种变化能够形成推进效应，即利用惯性原理就能做到突破传统火箭速度的目标。

十九世纪奥地利物理学家马赫（Ernst Mach）一生主要致力于实验物理学和哲学的研究。在空气动力学中广泛使用的马赫效应、马赫波、马赫角等概念均是由马赫率先进行研究，后世以他的名字进行命名并加以发展。今天的理论物理学家则是要把马赫效应运用到新的领域中。

具体的操作并不复杂，简单来说，利用在交变电压作用下会周期性膨胀的压电陶瓷片，当其膨胀或收缩时，内部的加速会使其质量变轻或变重，惯性的变化会让系统的质心朝一个方向移动，这就形成了推进力。在这个理论的支持下，研究人员着手进行了推进器的设计，他们首先通过名为“马赫效应引力辅助驱动器”的装置进行验证实验。

尽管这个推进器概念已经有了一些实质性的成果，但它至今为止仍然只是作为一种可能的猜想。事实上，科学家和研究人员也没有足够的理论对这项技术进行合理的解释。目前这项技术还需要更多的实验数据进行可行性方面的证明。而其中一个证明的难点在于，要能够确认这种作用是真实存在的，而不是其他物理效应所产生的干扰。

另一方面，不管是采用激光驱动、人为制造反物质作用，还是借助核动力，研究人员都需要找出一种最佳的方法，让这个概念成为真正能在太空中实现应用的技术，否则这些研究也不具备现实价值。就目前而言，研究人员利用这项技术仅仅能够制造出很小的推力，它与真正实现推动火箭之间还有很长的一段距离。

无论如何，这个理论让火箭推进技术的发展有了一个全新的方向。或许这也将会成为人类未来迈向宇宙更远处的第一步。