化学动力发动机就是扔东西，离子发动机的原理是什么？其实也一样

从1957年，人类将第一个航天器送入太空以来，在短短的60多年里，人类向太空发射的航天器已经超过了5000个，可以说人类正大踏步向宇宙迈进。

人类对于宇宙的探索，在数量上自然是没得说，但在质量上进步却并不是很快，虽然迄今为止已经有数千个航天器漂浮在宇宙之中，但这些航天器离开地球用的都是同一种方法，那就是化学动力火箭发动机。火箭作为一种能够离开地球的顶级交通工具，是普通交通工具所无法比拟的，但有趣的是，这种顶级的交通工具却与普通的交通工具在原理上并无不同，它们都是依靠“扔东西”使自己向前推进的，而这种推进方式的基本原理就是动量守恒。无论是汽车发动机也好、飞机发动机也好、火箭发动机也罢，动力都是靠扔东西产生的，扔得越快，动力就越大。

怎样才能扔得更快呢？两个事，一个是燃料，一个是助燃剂。飞机为什么能够比汽车更快？除去地面摩擦因素之外，就是助燃剂了。助燃剂是什么？就是氧气。

地球大气的氧气含量约为21%，这在任何地方都没有不同，所以要想燃烧得更快，就必须要将更多的空气输送给燃料，所以飞机的发动机上都安装了抽风机，所以飞机也就具有了比汽车更大的动力。那么火箭呢？再安装一台更大更快的抽风机？这当然是不行了，想要获得足以摆脱地球引力的动力，就必须要使用纯氧。有了纯氧，火箭获得了足以摆脱地球引力的动力，但同时也意味着到达了自身的极限。以化学动力为基础的火箭，喷射速度是不可能无限提升的。一般来讲，化学动力火箭的极限喷射速度应该不超过每秒5公里。

喷射就是扔东西，喷射速度越快，也就是东西扔得越快，东西扔得越快，动力也就越强，也就是说，在行进距离相同的情况下，东西扔得越快，所需要的燃料也就越少。

由于火箭的喷射速度存在着极限，所以火箭所需携带的燃料也就无法降下来，所以看起来体型庞大的火箭，有效载荷却通常少得可怜。比如总质量达到3000多吨的土星五号运载火箭，它的近地轨道有效载荷却仅有118吨、月球轨道有效载荷仅为45吨。可见，人类要征服星辰大海，只靠化学动力发动机是不行的，正是因为这一点，离子发动机诞生了。在一些报道中，离子发动机被吹得神乎其神，似乎人类终于不用再依靠扔东西向前推进了，但其实这种认知是错误的。离子发动机虽然听起来很科幻，但本质上还是扔东西。

迄今为止，除了动量守恒定律之外，人类没有任何其它前进的方式。

那么什么是离子发动机呢？简单一点来讲，离子发动机的原理大概是这个样子的：首先将汞原子注入到电离室之中，然后使用电子枪向电离室中发射电子，然后利用线圈对电子进行加速，加速后的电子会轰击汞原子，使之成为带正电的汞离子，之后利用电场对其进行加速，使之喷出产生推力。

这样一说，我们就明白了，离子发动机本质上和化学发动机一样，都是扔东西，但不同的是，离子发动机显然扔得更快。由于扔得越快，所需要的燃料就越少，所以离子发动机只需要携带少量的燃料就足够了。那么离子发动机扔东西有多快呢？化学动力火箭扔东西的极限速度为每秒5公里，而美国深空1号所使用的离子发动机的喷射速度在每秒30公里左右。

离子发动机虽然扔东西扔得更快，但扔出来的东西却很少，所以所产生的推力也非常有限，还是以深空1号为例，它工作一整天所能够产生的推力也仅有90毫牛。

所以要靠离子发动机来摆脱地球引力是没有希望了，就现阶段而言，要将航天器送入太空，还得依靠传统的化学动力火箭。不过一旦航天器进入到太空之中，离子发动机就有了用武之地，在没有任何阻力的太空之中，虽然只有微小的推力，但持续工作也可以为航天器实现加速，而且正是由于其推力很小，所以非常适合于精准调控。在2019年的时候，我国就利用精度达0.0000001牛的离子发动机完成了对天琴一号的无拖拽控制飞行，成为了世界上第二个掌握该技术的国家。