離子推進器是新一代航天動力裝置,可用於衞星姿態控制和軌道修正。推進劑從圖中P處注入,在A處電離出正離子,BC之...
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問題詳情:
離子推進器是新一代航天動力裝置,可用於衞星姿態控制和軌道修正。推進劑從圖中P處注入,在A處電離出正離子,BC之間加有恆定電壓,正離子進入B時的速度忽略不計,經加速後形成電流為I的離子束後噴出。已知推進器獲得的推力為F,單位時間內噴出的離子技師為J。為研究問題方便,假定離子推進器在太空中飛行時不受其他外力,忽略推進器運動速度。
(1)求加在BC間的電壓U;
(2)為使離子推進器正常運行,必須在出口D處向正離子束注入電子,試解釋其原因。
【回答】
解:(1)設一個正離子的質量為m,電荷量為q,加速後的速度為v,根據動能定理,有
①
設離子推進器在△t時間內噴出質量為△M的正離子,並以其為研究對象,推進器對 △M的作用力為F′,由動量定理,有: ②
由牛頓第三定律知F′=F ③
設加速後離子束的橫截面積為S,單位體積內的離子數為n,則有
④
⑤
由④、⑤可得
又 ⑥
解得 ⑦
(2)推進器持續噴出正離子束,會使帶有負電荷的電子留在其中,由於庫侖力作用將嚴重阻礙正離子的繼續噴出。電子積累足夠多時,甚至會將噴出的正離子再吸引回來,致使推進器無法正常工作。因此,必須在出口D處發*電子注入到正離子束,以中和正離子,使推進器獲得持續推力。
知識點:未分類
題型:計算題
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