電磁推進

50年代後期以來，曾探索過多種電磁推進方法。早期製成的簡單電弧加熱射流和磁流體動力加速器等，有比衝較低、重量大和電極損耗較嚴重等缺點。70年代採用的有磁等離子體動力電弧射流推進器（簡稱 MPD推進器）和脈衝等離子體推進器（簡稱PPT推進器）兩類。 　MPD推進器 　 由簡單電弧加熱射流發展出來的。如圖1所示,工作介質通過電弧時形成等離子體。在低氣壓下，電流遍及整個電極表面並在射流中形成一定分佈。電流和磁場的相互作用使氣體在軸向加速，產生很高的比衝。產生推力的機理是：①電流和其自身磁場間的相互作用；②電流和外加磁場間的相互作用；③高温氣體在噴管中的膨脹。在高性能MPD推進器中，第一項起主要作用,磁場力推動等離子體，使後者高速噴射而產生推力。由於推力和電流平方成正比，而熱損耗和電流成正比，故應使電流和功率儘可能大，以提高推進器的效率，並用斷續工作的方式達到所要求的推進器平均功率。此外，霍耳效應（見磁流體發電）也是產生推力的機理之一。磁場對電弧的磁約束作用使電弧離開噴管壁面，並使氣體離開陰極表面。這可減少噴管受熱並使陰極避免遭受大量離子的轟擊，從而減少陰極材料的損耗，延長噴管和電極的壽命。

推進器產生的推力可按下式估算：

F=2×106ηPe/I， 式中F為推力(牛頓); η為總效率（排氣動能與總耗電量之比）;Pe為總耗電功率（兆瓦）;I為比衝（米/秒）。大功率MPD推進器的總效率可以達到45%,比衝可以達到10000×9.81米/秒。由於氣體保持電中性,沒有空間電荷的影響，可以得到較高的推力密度(單位截面的推力)，其數值可比離子火箭高 1000倍。MPD推進器的研究方向是發展電源系統，增加功率，使電流的分佈能更有效地產生推力，以及延長壽命和提高可靠性等。 PPT推進器有同軸電極(圖2)和平行軌道電極兩種類型。用引燃火花使電容器通過電極產生微秒級至毫秒級的大電流脈衝放電，使固體推進劑（一般用聚四氟乙烯）表面發生燒蝕和氣化。氣態產物在放電過程中形成等離子體。氣體中的電流與其自身磁場之間的相互作用力使等離子體高速排出而產生推力。用外加磁場可使推力增加一倍。由於脈衝運行方式和推進過程不易做到像 MPD推進器那樣有效，實際達到的平均比衝較低（1500×9.81米/秒，一般只有幾百乘9.81米/秒）。但因為它的工作過程簡單，固體推進劑的貯存和供給簡便，推進器體積小、重量輕、可靠性好，脈衝工作方式便於控制推力，所以已應用於保持同步衞星的軌道位置和控制行星探測器的姿態，並準備用於控制衞星的三軸姿態和抵消阻力等方面。 PPT推進器的研究方向是提高比衝，改進電源系統和提高可靠性等。

R. G. Jahn,　Physics　of　Electric　Propulsion,McGraw-Hill,New York,1968.