6、秋毫之末定乾坤
大伙可能没想到，推力小骑士还有优点：精准！
你想想，化学火箭轻轻吹口气就狂风暴雨，要把握力度就太难了。推力小了，反而可以精准调控，特别适合那些精度要求极高的卫星。
2009年欧洲宇航局发射的GOCE探测器，以前所未有的精确度绘制了地球重力场。由于测量精度要求很高，卫星必须在大约250公里的低轨道飞行，而这个高度有很多空气分子，微小的空气阻力会导致卫星高度逐渐下降。
于是，GOCE就装了离子推进器，用来抵消细微的空气阻力，这货持续工作了2年，让卫星始终保持在一个精准的轨道上，展现了无与伦比的优势。

如今，轨道定位、控制姿态完全是离子推进器的天下了。但这点能耐其实不算啥，离子推进器真正的绝活儿在这儿呢：
还记得地面引力波怎么探测吧，引力波使相隔4公里的反射镜产生了0.000000000000000001米的位移。若想位移更显著一点，就得增加反射镜间距，地球上这点距离已经无法满足要求了，于是大家想到了太空。
激光干涉空间天线LISA，美帝和欧萌合作的太空引力波探测计划，打算2030年代完成，用3颗卫星组成边长250万公里的三角形，激光跑完全程得花25秒。有兴趣的小盆友，给你个官网：https：//lisa.nasa.gov/

现在问题来了，引力波探测的本质就是测量微小移动，要是卫星自己抖个不停，那就没法干了。
所以，卫星必须真真正正“静止”在太空，成为超静超稳平台，学术点说就是“无拖曳控制”技术，通俗点说就是消除卫星受到的各种干扰力。
比如，太阳光照到卫星上产生的光压，宇宙射线打到卫星上产生的微小推力，空气分子零零星星逃逸到太空产生的阻力，诸如此类。
不用说了，这种活，非离子发动机莫属。
2019年底长征四号把中国的“天琴一号”送上了天，离子发动机推力精度达到了0.0000001牛，成功完成无拖曳控制飞行验证，成为世界上第二个掌握该技术的国家。

预计2035年用3颗天琴卫星，在10万公里的高度上，组成臂长17万公里的等边三角形，建成中国的太空引力波探测系统。

从参数上看，天琴比LISA还是有些差距，可谁让咱们钱多呢？星间距离300万公里的“太极计划”已经上日程了......

7、星辰大海在哪里
尽管离子发动机目前能干的活不多，但比化学发动机更值得期待，咱不妨憧憬憧憬。
科幻片看多的小盆友通常有个误区，以为飞船是一路开着发动机到月球、到火星。其实，无论去月球还是去火星，飞船都是在地球附近加速到某一速度，然后无动力飘过去，和洲际导弹一样，是被扔过去的。
举个例子，阿波罗登月，从地球到月球一路飘了13天，而发动机只在一开始工作了短短1010秒，十几分钟而已。
这赶路的效率自然就很感人了。以地球和火星为例，最近距离大约5500万公里，一般都得飘两三百天。2012年美国好奇号火星探测器，整整飘了254天才降落在火星表面。

假设好奇号不是飘过去的，而是用发动机一直推过去的，得多少时间呢？如果把地球和火星距离简化成两点一线的加速减速过程，舒舒服服按一个G的加速度去火星，只要42小时，相当于一趟绿皮火车。
同理，如果我们能持续以一个G的加速度飞行：到月球只需3.5小时，而阿波罗用了3天；到太阳系最远的海王星，只需16天，而旅行者2号整整用了12年；追上已经飞了43年、211亿公里外的旅行者1号，只需24天。
这是什么概念呢？太阳系就相当于大航海时代的太平洋，人类终于能摸到太阳系的边缘了。

这一天遥远吗？

9、任重道远
离子发动机的推力不但取决于离子喷射速度，也取决于离子密度。霍尔推进器虽然有了长足进步，但喷出的离子还是少得可怜，所以推力上不去，限制了应用。
为了增加推力，科学家想到了一个绝妙的主意：可变比冲磁等离子体发动机VASIMR。
核心区别在于，离子被电场加速前，先用微波加热到100万度。温度的微观本质就是粒子速度，这团高温等离子体就是一堆高速乱飞的离子，只要用电磁场将乱飞的离子引导到一个方向上，就可以极大的增加喷射速度。

可变比冲磁等离子体发动机有诸多优点：第一，粒子密度高；第二，喷口速度可达300km/s；第三。水二氧化碳啥都可以当推进剂；等等。就是块头有点大：

不过VASIMR的块头不是白长的，功率100千瓦算得上霍尔推进器的最高纪录，但在VASIMR这儿只能算个起步，美帝的VX-200轻轻松松玩到了200千瓦。
尽管VASIMR的能量利用率和霍尔推进器差不多，都是每千瓦产生约0.05牛推力，但大块头高耗电是很难在天上混的。
目前，可变比冲磁等离子体发动机，貌似只有美帝在前面趟路，到时候咱们估计还是发扬光荣传统：摸着美帝过河。

最后还有一道被忽略的算术题。
卫星依靠太阳能发电，100千瓦的功率需要300平米的太阳能面板。按这个比例，8万牛需要150万千瓦，折合太阳能面板4.5亿平米！先不说成本，光增加的重量也得拖垮推进器。
伺候这种耗能大户，太阳能靠不住，怕是只有核聚变了。说到可控核聚变，这又是一个伤心的话题......

10、聚变直喷
既然这事已经扯到了核聚变，就没理由不说一说“聚变直喷发动机”，一种停留在传说中的火箭发动机。
总结来说，离子发动机本质上是用电磁场加速离子，目前理论极限是VASIMR的300km/s，离速度极限30万km/s还有不少上升空间。
但是，先聚变发电，再用电力驱动离子，能量利用率并不高。就好像用汽油发电，再用电动机驱动汽车，莫不如直接用汽油发动机。
于是，有人提出一种惊为天人的发动机思路：直接将聚变反应后的高温等离子体引出来做推进剂，喷口速度可以达到20000km/s，光速的十五分之一。在这种喷射速度下，只要每秒喷出4克燃料，推力就达到了8万牛。

尽管聚变直喷发动机在技术上还是没影的事情，但好歹理论已经趟到这了，就算物理学一直没突破，再过几百年也还是有盼头的。
若真有一天，人类实现了以1G加速度持续星际飞行的目标，离太阳系最近的半人马座三星只有4.22光年，想想还有点期待呢~！