北京航天城日前表示，中国空间站采用“传统推进剂姿态发动机+霍尔推进发动机”的动力方案，其空间碎片预警水平及机动变轨能力，足以保证中国空间站在关键技术验证、建造、运营期间，有能力处理和规避绝大多数空间碎片（物体）的危险威胁。霍尔推进发动机利用的原理是霍尔效应，是一种相当“牛”的电磁效应。

　　抛出去自己的一部分

　　按照牛顿第三定律，有作用力就有反作用力。比如走路时脚往后蹬，地面就会给予反作用力，以便前进和加速。航天器在没有着力点的太空移动也符合这一定律，通过“抛出去自己的一部分”，来获得推力。比如早期的化学燃料火箭，就是通过燃烧化学燃料，将燃气迅速喷出（抛出）获得前进的动力。

　　但是化学燃料的消耗量太大了。人类史上最大火箭“土星五号”起飞重量达3000多吨，最后送上月球的只有45吨，燃料就占了大部分。同时，太空中运送燃料的成本相当高。据说往国际空间站上补充燃料，每公斤的成本高达2万美元。

　　如果想要减少燃料质量，理论上可以用更快速度“抛出”的方式来维持推力。但实验证明，化学燃料燃烧的喷出物有个10千米/秒的速度极限，这意味着只要使用化学燃料，其“抛出”速度就无法超越这个极限值。如何另辟蹊径提升速度，科学家们想到了霍尔效应。

　　霍尔效应的基础原理

　　1879年，物理学家霍尔在研究金属导电机制时发现，当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。这一现象被称为霍尔效应。也就是说如果人为在通电导体的电流垂直方向施加一个匀强磁场，那么带电粒子会因为洛伦兹力而发生偏转，在导体两侧产生电势差，把电子流约束在一侧。

　　霍尔推进发动机也就是利用了这一效应。霍尔推进发动机有一个磁场将电子限制在里面转圈圈。当电子通过阳极进入霍尔推进发动机的环形放电室时，推进剂分子（通常为氙分子）发生碰撞后电离形成等离子体，其中离子在电磁场的作用下沿轴向加速，并高速喷出，从而产生推力。看起来，其核心原理与化学燃料推进器是一样的，都是靠向后抛东西产生反作用力来加速，只不过抛的东西不同而已。可以简单理解为，霍尔推进发动机向后抛的就是离子，抛的方式就是通过霍尔效应。

　　霍尔推进发动机有多“牛”

　　已知比冲越高，产生的速度增量越大。霍尔推进发动机的比冲最高能达到3000秒以上，是化学燃料火箭发动机的6倍。所以，虽然它“抛出去”的只是非常轻的离子，但速度是常规推进剂的10倍。同时，它不需要化学燃料，只需要非常少量的推进剂就可以持续工作很长的时间。细水长流，能省下不少补给成本。

　　不过霍尔推进发动机单位时间内抛出的离子数量是有限的，所以推力不大，一般只有几牛（物理单位：牛顿）。如果是在地球上，恐怕连一本书也推不动，所以暂时还不能用它来发射火箭。但将它应用于已经处于太空之中的航天器，还是可以的。因为宇宙几近真空，只需要非常微小的推力，就可以通过不断累加使得航天器拥有很高的运行速度。

　　例如，安装在中国空间站天和核心舱尾部资源舱的4个霍尔推进器，每个推力仅有80毫牛，在地面上差不多只能托起一张A4纸，但应用在空间站这样的航天器上，在配合传统推进剂姿态发动机的情况下，就是如虎添翼。（本报综合）