热层(热层气温随高度增加而升高的原因)

随着神舟十四号载人飞船的到访，中国空站间综合体的规模再次变大。目前，天河核心舱前后对接接口分别与货运飞船天舟三号、天舟四号对接，神舟十四号与径向端口对接。

天河核心舱重约22.5吨，天舟四号重约13.5吨，天舟三号重约6吨(假设物资已经耗尽)，神舟十四号重约8吨。目前中国空站组装总重量已达50吨。今年，随着田文、蒙恬实验舱与天河核心舱成功对接，我国空站将达到百吨级规模。

虽然中国空站的规模已经达到了50吨，但是天河核心舱配备了四个霍尔电推进发动机，总推力只有0.32 N，要知道每个鸡蛋的重量是0.5 N，那么这么大的空站用这么小的推力发动机有什么意义呢？

中国空站飞于Tai 空，距离地表约390公里，轨道速度约为每秒7.68公里。理论上，Tai 空中没有空空气阻力，空之间的站可以靠惯性保持近似圆周绕地球运动，即使没有动力也不会掉下来。这就像中国第一颗人造卫星东方红一号。它已经很久没有动力了，但是52年过去了，它还在Tai 空飞翔。

东方红一号轨道高度高，空气阻力空可以忽略不计，长时间在Tai 空无动力飞行也不会掉下来。但是空站的轨道属于近地轨道，在这里并不完全真实空，但是它仍然在地球大气层的热层之内，这里稀薄的大气层仍然会阻碍空站的飞行。在这个高度上，台站空的轨道高度估计每天下降66米，一个月累计下来，高度将下降2公里。

所以空之间的站需要定时启动轨道控制引擎，提升轨道，防止其落回地球。以另一个近地轨道空站为例。正因如此，国际空站每年需要燃烧7.5吨推进剂，推进剂需要定期由货船送往泰泰空，费用高达2亿美元。

中国空站天河核心舱还有4台2500N轨控发动机，推进剂为甲基肼(MMH)/一氧化二氮(N2O4)。天舟号货船每次登上泰泰空也会带一些推进剂，定期到空之间的站点进行补给。

天河核心舱上还有22台姿控发动机，用于空之间调整空间站姿态，方便实验舱与飞船对接和撤离。比较受关注的是，天河核心舱配备了四个霍尔电推进器，虽然它们的推力很小，但可以用来维持站间轨道空。

无论是轨控发动机还是姿控发动机，都是传统的火箭发动机，通过燃料和氧化剂混合剧烈燃烧，然后高速喷出气流产生动力。除了火箭发动机，还有电力推进发动机，其能源不是化学能，而是电能。

有几种电力推进发动机，其中最受欢迎的是霍尔推进器。这种推进器通常使用氢气、氙气和氩气作为推进剂，但这些推进剂并不通过燃烧产生动力。

通过霍尔效应，推进剂受到电子的冲击，变成离子态。这些离子被电场加速，然后羽流中的离子被中和，最后喷出的气体可以加速到10公里/秒以上，最快甚至可以达到80公里/秒。相比之下，火箭发动机产生的气流速度通常只有2到4公里/秒。

所以相对于单位质量推进剂产生的冲量，也就是比冲，霍尔推力器要比火箭发动机高很多。冲量越大，发动机性能越强，工作效率越高。霍尔电推进器的效率高达45%到70%。

火箭发动机虽然能产生巨大的推力，但需要携带大量的推进剂，所以很大一部分动力是用来推进推进剂本身的。在典型的化学火箭中，推进剂的重量通常超过80%。

目前霍尔推进器的推力很小，一般只有几十毫牛顿，最大的也只有几牛顿。比如天河核心舱上的HET-80霍尔推进器，单次推力只有80毫牛顿(0.08牛顿)。这么小的推力只能推动一张纸，远小于能产生2500牛顿的轨控发动机。这是霍尔推进器在核心舱运行时的场景。你可以看到蓝绿色的羽毛:

但由于霍尔推力器效率高，携带的推进剂少，可以长时间工作，积少成多，可以起到维持站高在空之间的作用，从而节省了大量的化学燃料。说到这里，你可能会好奇。四个霍尔推进器的总推力只有0.32 N，怎么推进50吨重的空站？

如果是在地面上，这么小的推力推不动这么重的物体。但在Tai 空中，基本没有空空气阻力，空之间的站都处于失重状态。只要推力大于0，那么空之间各站的加速度就可以大于0(牛顿第二运动定律:F=ma)。

虽然加速度很小，但经过长时间的持续加速，积累下来，可以有相当大的速度增量。预计天河核心舱的四个霍尔推进器可以连续运行一天，可以使空间站空产生约0.7m/s的速度增量。

不要小看这个小小的推力。霍尔推力器的优点是可以长时间连续工作，只需要消耗太阳能转化的电能和部分推进剂，就可以使空站的化学推进剂消耗降低一个数量级。

中国还在研究推力更强的更先进的霍尔推进器。目前正在研发的HET-450在地面测试中的最大推力为4.5 N。在不久的将来，这些强大的霍尔推进器将应用于中国的空站，甚至中国的载人登月任务。

现在中国在电推进技术的研究上取得了巨大的成就，不要忘记中国航天之父钱学森的贡献。正是钱老的远见卓识，我国早在60年代就开始了电力推进技术的研究。正是有了前人打下的坚实基础，才有了当今世界的先进水平。