霍尔推力器，能帮助人类探索太空吗

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现在人类对探索对太空旅行的兴趣越发浓厚。然而，几乎任何超越月球的任务，无论是载人的还是无人的，都将要求航天器至少在数年内保持完全运行。霍尔推力器是一种推进系统，经常用于参与长期任务的飞船。俄罗斯莫斯科物理与技术研究所的安德烈沙什科夫及其同事一项新研究表明，这些系统的运行寿命可以进一步延长，其研究成果发表在《欧洲物理期刊D》上。在真空中运行的航天器速度或方向可以通过离子驱动来改变。

离子驱动通过加速阳离子来产生推力。霍尔推力器是一种离子驱动装置，其加速度由电场提供，而不是化学燃料，建议仅用于3-5年以上的空间任务。目前这些通常涉及卫星。当这些推进器停止工作时，通常是由于推进剂引起的表面腐蚀；表面侵蚀模式取决于霍尔推力器通道中离子形成并加速的位置：电离和加速区域(IARs)。利用计算机模型研究了气体流速和磁场大小的变化如何影响这些区域位置。然后，在一个真空实验室规模的霍尔推力器上测量了这些参数，从而验证了该研究发现。

重要的是，发现将电离和加速区域保持在相同最佳位置是可能的。已知静止电离和加速区域可以延长霍尔推进器的寿命，这表明这些驱动器可以用于航天器执行更长时间的任务：比月球远很多倍。电离和加速区域的位置决定了冲蚀带位置和推进器的最大流量。对于节流阀比较大的霍尔推力器，每一种工作模式下的电离区和加速区位置差异较大，难以提供多模式运行所需的吞吐量。本研究利用数值方法研究了工作模式变化引起的电离区和加速区位置的变化，采用1D3V混合pic数值模拟方法进行了数值研究。

结果表明，随着气体流量的增加和磁场减小，电离区和加速区明显向上游移动。此外，磁场梯度的增大使通道外电离区和加速区位置发生显著变化。对数值模拟结果进行了实验验证。在一台1.5 kW的霍尔实验室推力器上进行了电子探针测量，验证了加速度区域的趋势。实验室内2.3 kW霍尔推力器通道内氙气最大光强的变化验证了电离区位移。此外，实验研究表明，当振荡模式发生变化时，电离区和加速区会发生显著的变化。