就在3月16日，中國空間站又迎來一次升級！神舟二十一號航天員張陸和武飛進(jìn)行了出艙活動，張洪章在空間站內(nèi)密切配合，他們攜手完成了空間碎片防護(hù)裝置安裝等任務(wù)，這對于進(jìn)一步提升空間站安全性能具有重要作用。

每當(dāng)中國載人航天取得新的成就時(shí)，都不能忘記“中國航天之父”錢學(xué)森所做出的突出貢獻(xiàn)。很多人不知道的是，在中國空間站的軌道維持系統(tǒng)中，就使用了一種特殊的推進(jìn)技術(shù)：霍爾電推進(jìn)器。而這種技術(shù)的發(fā)展方向，早在50多年前就被錢學(xué)森敏銳地看到了！

中國空間站在太空中飛行，為什么還需要發(fā)動機(jī)？

事實(shí)上，空間站并不是靠發(fā)動機(jī)一直推動飛行的。理論上，當(dāng)航天器進(jìn)入軌道后，只要速度足夠快，達(dá)到每秒7.9公里的第一宇宙速度，它就會在地球引力的作用下繞著地球不斷飛行。

但這里有一個(gè)問題，地球周圍并不是真正的真空。中國空間站的軌道高度大約在390公里左右，這里仍然存在極其稀薄的大氣。雖然密度只有地表的千億分之一，但對于巨大的空間站來說，這些微弱阻力仍然會不斷消耗它的動能。

如果不采取任何措施，空間站的軌道高度每個(gè)月都會下降約2公里。時(shí)間一長，它就可能重新墜入大氣層。因此，空間站必須定期“補(bǔ)充動力”，把軌道重新抬高。

傳統(tǒng)做法是使用化學(xué)火箭發(fā)動機(jī)，也就是我們熟悉的燃料燃燒推進(jìn)器。這種方式推力很大，但缺點(diǎn)也非常明顯，就是需要消耗大量燃料。國際空間站每年為了維持軌道，燃料成本就高達(dá)約2億美元。

為了降低成本，中國空間站的軌道維持采用了一種更先進(jìn)的技術(shù)——電推進(jìn)。

4臺0.32牛的“神推”推動了100噸中國空間站！

在中國空間站的天和核心艙上，安裝了4臺霍爾電推進(jìn)發(fā)動機(jī)。從數(shù)據(jù)上來看，與傳統(tǒng)的火箭發(fā)動機(jī)相比，它們的推力其實(shí)非常小，每臺只有80毫牛。80毫牛是什么概念？

一枚普通雞蛋的重量大約是500毫牛，也就是說，這臺發(fā)動機(jī)在地球上甚至連一個(gè)雞蛋都舉不起來。就算4臺這種發(fā)動機(jī)加起來的推力，也只有0.32牛頓，也不夠在地球上舉起一枚雞蛋。

這點(diǎn)力量，在地球上可能連一張紙都推不動。但在幾乎沒有阻力的太空中，這種微小的推力卻足以改變重達(dá)100噸的中國空間站的軌道。其中的奧秘就在于，效率。

霍爾電推進(jìn)器屬于電推進(jìn)系統(tǒng)，它的工作原理并不是燃燒燃料，而是利用電磁場加速離子。簡單來說，推進(jìn)器會把惰性氣體（通常是氙氣或氪氣）電離成等離子體，然后利用電場和磁場把這些帶電粒子以極高速度噴射出去。

這些離子的噴射速度可以達(dá)到每秒10公里到80公里。相比之下，傳統(tǒng)化學(xué)火箭噴氣速度只有每秒3到4公里。速度越高，單位質(zhì)量產(chǎn)生的推力就越大，這個(gè)指標(biāo)在航天領(lǐng)域被稱為“比沖”。

化學(xué)火箭的比沖一般在200到300秒，而霍爾電推進(jìn)器可以達(dá)到1000秒甚至更高，相當(dāng)于效率提高了5到10倍。因此，使用同樣質(zhì)量的推進(jìn)劑，電推進(jìn)可以產(chǎn)生更長時(shí)間的推力。

錢學(xué)森高瞻遠(yuǎn)矚：1970年就看準(zhǔn)了電推進(jìn)這條路

早在1970年左右，錢學(xué)森就在一份文件中用鉛筆批示：我國也要發(fā)展電推進(jìn)技術(shù)。那時(shí)候國際上電推進(jìn)還處于實(shí)驗(yàn)室階段，美國和蘇聯(lián)剛開始試驗(yàn)，錢老卻已經(jīng)高瞻遠(yuǎn)矚地指出，這將是未來航天動力的方向。

正是錢老的批示，為中國電推進(jìn)研究點(diǎn)燃了第一把火。經(jīng)過數(shù)十載持續(xù)的技術(shù)攻關(guān)，我國科學(xué)家終于在2012年完成了國產(chǎn)霍爾電推進(jìn)器的飛行試驗(yàn)。從那時(shí)起，中國電推進(jìn)技術(shù)開始快速發(fā)展。

如今，中國空間站、北斗導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等多個(gè)航天器都已經(jīng)使用霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)。在商業(yè)航天領(lǐng)域，這項(xiàng)技術(shù)更是大規(guī)模應(yīng)用。

截至2025年，中國航天五院研制的霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)已經(jīng)在100多顆衛(wèi)星上運(yùn)行，總在軌工作時(shí)間超過115星年。多顆衛(wèi)星在軌連續(xù)點(diǎn)火超過500小時(shí)，累計(jì)點(diǎn)火次數(shù)超過2萬次，表現(xiàn)出極高的可靠性。

目前，中國已經(jīng)形成了完整的霍爾電推進(jìn)產(chǎn)品體系，功率從100瓦到1100瓦不等，可以滿足200公斤到2000公斤衛(wèi)星的軌道控制需求。未來，中國還計(jì)劃研發(fā)更大功率的電推進(jìn)系統(tǒng)，比如，2000瓦甚至5000瓦級霍爾推進(jìn)器。

每當(dāng)提及中國空間站時(shí)，也許很少有人會想到，這個(gè)重達(dá)100噸的龐然大物，正有4臺推力只有毫牛級的小小發(fā)動機(jī)，在默默推動著它繞地球飛行。

而這一切的起點(diǎn)，正來自錢學(xué)森當(dāng)年的那句批示——中國要發(fā)展電推進(jìn)。