在宇宙中是否可以靠纯电力航行?我们先看看飞机是怎么飞的。
电风扇是通过叶片旋转,让空气流动,送出来的风,吹在我们身上感觉特别凉爽,如果我们把这种叶片放到飞机上,做成电动螺旋桨,能让飞机前行,这个成为可能吗?是可以的,我们可以利用电驱制成无人机,例如,大疆无人机就是利用锂电进行驱动的。
当然用用航拍、巡检、测绘等还是可以使用,如果续航时间长,承担更艰巨的任务还是不能胜任的,比如军用无人机,还得需要其它燃料作为动力才能更好的完成猎杀、轰炸等任务。如果电力驱动大型客机飞行是根本不可能,目前还不能输出那么大功率,让飞机冲上蓝天。
飞机是由进气道的靠高速旋转的螺旋桨吸进空气,供给燃烧室,和油箱过来的然油混合后燃烧,产生高温高压的燃气,以很高的速度从尾喷口喷出,产生很大的反推力,这就是飞机前进的动力。它是依靠空气获得前行的动力,这是我们地球上飞行器在天上飞来飞去原因,没有空气,飞机也就不能天上飞行了。
宇宙中接近真空状态,没有空气,航空探测器不能象飞机那样通过空气获得前进动力了,我们只能人为制造反向气体喷出,通过化学物质和氧化剂的混合物燃烧,获得反向气流来获得前行动力。
嫦娥五号每一次点火变轨都要用化学燃料获得动力,这种方式输出的功率高,获得的反向作用力大,可以使用探测器瞬间获得较高的速度,这对于减速制动,加速至逃逸速度有较好动力输出,至今世界任何一个国家,探测器想要完成快速变轨机动,依然沿用这种方式获得反冲作用力。
“旅行者一号”1977年9月发射,离开地球至今已经40年了,开始了星际航行,现在已经飞到了太阳系的边缘,冲出太阳系,那么就要具备第三宇宙速度16.7千米/秒才能成为可能。虽然它装有放射性元素发动机和太阳能电池帆板,也有一些电力供应,也只是维持信号的传送之用。在飞行过程中,自身还是携带了一些燃料用于加速、变轨和发电,也没有用电驱动获得动力。
日本的隼鸟二号,飞到了3.5亿公里之外的小行星采样,它在太空中飞行过程中却是使用离子推进器,它是通过电能作用于工质激发高速离子流向后推进,它所喷出的是一束带电粒子或是离子。
离子推进器是采用传统的火箭式喷气式原理,但是它并不是采用燃料燃烧而排出炽热的气体,它通过电能提供的推动力,但这种方式动力相对较弱,只能应用于空间推进,如航天器姿态控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。
这种离子推进器只能是获得初始速度之后,作用于探测器上才有较好的使用效果,最适合长距离航行。日本隼鸟二号就是使用这种推进器来维持轨道运行的,由于宇宙中处于真空状态,没有地球上空气阻力,尽管推力较小,只要有持续不断的推力输出,也会把探测器加速到更高的速度飞行。
当然隼鸟二号着陆的是一颗只有900米大小的小行星,比月球引力小很多,利用离子推进器可以实现着陆,如果是月球引力的话,离子推进器着陆是不能胜任的,还要使用传统的化学燃料方式获得反向推力,才能实现软着陆。
总结一下,如果探测器用于星际航行,获是较高的初速度之后(第二宇宙速度),依靠其它的天体引力(引力弹弓),再借助离子推进器使用,也是未来深空探测的主流模式,它可以让我们在探索太空的路上走得更远。