核动力能民用吗（解读碘动力航天器）

核动力能民用吗（解读碘动力航天器）其次，Xe的电离能小，更容易发生电离，发动机的温度不至于过高。同时，由于电离能小，失去的电子，再要回来的欲望也就比较小，相应地对发动机内壁的腐蚀性也比较小，使用起来比较安全。首先，它的分子量大，工作效率高，有利于产生更大的推力。简单来理解，相同温度下，越小的分子，运动越快，表现到电推进过程中来，小分子的物质容易乱窜，不按规矩往外喷，既会损失能量，又会增加发动机内壁的烧蚀。相对来说，Xe分子比较大，这种乱窜效应比较小。同时，要想产生相同的推力，在电功率相同的情况下，分子越大，需要的燃料越少，工作时离子之间的碰撞越少，越容易控制。电推进发动机比冲非常高，特别节省燃料，同样的任务只需要携带化学燃料发动机燃料的十分之一甚至更少。所以被认为是未来太空探测的主流发动机。目前这类发动机的最大问题是推力太小，我前面的文章和视频已经介绍过了，这里就不再赘述。二、为什么主流电推进发动机都用氙气呢为什么电推进发

应粉丝要求，讲解一下“碘动力离子发动机”。世界第一个碘动力航天器，是中国公司生产的北航空事卫星1号，2020年11月6日用中国的长征6号火箭在太原发射场发射升空的，在轨已经有一年多的时间了。但是，这个北航空事卫星1号，发动机并不是国产的，而是法国ThrustMe公司生产的NPT30-I2电推进发动机，这款发动机用碘来做推进剂。

一、电推进发动机

随着中国空间站的升空，国内民众对电推进发动机有了初步的认知，因为中国空间站是世界上第一个使用电推进发动机的空间站。当然，也有很多网友并不清楚电推进发动机的工作机理。认为既然是电推进发动机，那就是用电的，不需要燃料。用电是没错的，但同时也是有"燃料"的，只是这种燃料应该叫推进剂或者叫推进工质，它并不会发生化学燃烧。

中国空间站的电推进发动机和世界上绝大多数的电推进发动机一样，使用稀有气体氙来做推进剂。氙在电场的作用下变成等离子体，然后在磁场和电场的作用下喷出发动机产生推力。虽然氙气不会着火，但是变成等离子体的氙气也是可以发光的，跟火一样，所以电推进发动机也是喷火的。

电推进发动机比冲非常高，特别节省燃料，同样的任务只需要携带化学燃料发动机燃料的十分之一甚至更少。所以被认为是未来太空探测的主流发动机。目前这类发动机的最大问题是推力太小，我前面的文章和视频已经介绍过了，这里就不再赘述。

二、为什么主流电推进发动机都用氙气呢

为什么电推进发动机要用氙气来做推进剂，而不用其他物质呢？因为它有很多优点，是其他物质所不具备的。

首先，它的分子量大，工作效率高，有利于产生更大的推力。简单来理解，相同温度下，越小的分子，运动越快，表现到电推进过程中来，小分子的物质容易乱窜，不按规矩往外喷，既会损失能量，又会增加发动机内壁的烧蚀。相对来说，Xe分子比较大，这种乱窜效应比较小。同时，要想产生相同的推力，在电功率相同的情况下，分子越大，需要的燃料越少，工作时离子之间的碰撞越少，越容易控制。

其次，Xe的电离能小，更容易发生电离，发动机的温度不至于过高。同时，由于电离能小，失去的电子，再要回来的欲望也就比较小，相应地对发动机内壁的腐蚀性也比较小，使用起来比较安全。

第三，Xe是气体，输送方便，发动机运行简单。如果是固体，需要加热变成气体，才能送到推力器里工作。如果是液体，又需要有一定的压力才能送到推力器里工作。气体就不一样了，只要气瓶有一定的压力，一开阀门就可以流到推力器，不需要辅助工具。这样整个发动机的结构就简单多了。

第四，跟其他气体比，它的沸点比较高，不需要太大的压力就可以变成液体。相对来说，用来储存氙气的气罐不需要太高的压力，气罐生产比较简单、重量也比较轻。

虽然氙气本身很贵，由于有上面这些特点，目前仍然是最常用的电推进工质。虽然很多人建议改用氪气更便宜，比冲还更高，但还是不能很好地替代氙气。

三、碘做电推进发动机工质

铺垫了这么多，也该正式说说碘了。在元素周期表上，碘和氙紧挨着，形成离子后，两个质量差不多，性质相差也不大，比氪要好多了。所以用碘来代替氙还是很有优势的。

1.碘的优势

碘替换氙气充当电推进的工质，似乎突然显得高大上了。其实，很早以前就有人在研究用碘来做推进工质，这次只是第一次完成了在轨试验。我们来简单说说这个碘做推进工质的优势。

首先，碘的生产成本低，比氙气便宜多了。搞航天也是需要考虑成本的，工质越便宜越好。

其次，碘是固体，储存方便。氙气必须放到一个气罐里面储存，还需要加压。碘则不需要，它本身就是固体，放到一个地方就行，不需要加压。这样一来，占地方就会非常小。北航空事卫星1号一共才20公斤，如果装上个大气罐，就会变很大，用碘电推进发动机刚刚好。

使用NPT30-I2电推进发动机的卫星

NPT30-I2电推进发动机

第三，碘电推进发动机，可以预装燃料，直接交付使用，客户使用更方便。对于用气体的发动机来说，往往都需要在发射前灌装燃料，不能长时间储存。这对于使用者来说，还是增加了不少麻烦的。这也正是固体火箭和液体火箭的主要区别。

第四，相对于其他固体来说，碘的沸点很低。碘的沸点低，只需要简单加热，碘就可以直接升华成气体，通过管道就可以像氙气一样进入推进器了，使用起来也算是比较方便了。

这么多好处，使得碘电推进发动机未来的应用前景非常广泛，尤其是像北航空事卫星这样的小卫星特别适用。将来发展深空探测，基于碘工质的电推进发动机也有一定的优势。

2.碘也有缺点

有朋友可能会说了，这么好的推进工质，为什么早没有发现啊？其实，很早以前就有人开始研究碘工质了，之所以刚开始正式使用，是因为这种工质还是存在一些缺点的。

第一个缺点，就是因为它是固体。既然是固体，那就需要加热才能变成气体。加热变成气体，说起来简单 ，但实际实施还是会把发动机系统变复杂很多的。不仅要对碘进行加热，整个输送管道都需要加热，否则碘很容易黏到管道上，积累多了，就把管道给堵了。

第二个缺点，碘是有腐蚀性的。不管是金属还是塑料，都会被碘腐蚀，就算我们常用的不锈钢一旦遇到碘蒸气，也一样会慢慢生锈的。我就经历过柜门不锈钢合页被碘给腐蚀烂掉的事情。所以储存碘的空间和输送碘蒸气的管道都需要做好防腐蚀的措施。

第三个缺点，碘变成等离子体以后，其阳离子的腐蚀性也比氙的阳离子更强，推进器内壁和电极更容易被腐蚀。换句话说，如果用碘来做推进剂，发动机的寿命会比较短。另外，这些喷出去的碘留在空气中，对其他卫星也有可能产生危害，毕竟是有腐蚀性的。

所以说，虽然说碘电推进发动机的实用是一个重大的突破，但并不是说以前的氙发动机就该被淘汰了。两种发动机各有优缺点，总体来说在未来相当长的一段时间内，使用氙气的电推进发动机仍然会是主流。

补充一句，除了本文提到的氙气、氪气、碘以外，还有一种推进工质前景非常大，就是金属铋。据研究，使用金属铋做推进工质的电推进发动机，可以把比冲提高到8000秒以上，这可是火箭发动机的20多倍啊，也远高于氙气、氪气和碘做推进工质的电推进发动机。氙气电推进发动机最高比冲只做到了3500秒左右。

好了，就说这么多吧，觉得长见识的朋友，记得关注东城观星。