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问题详情:
离子推进器是新一代航天动力装置,可用于卫星姿态控制和轨道修正。推进剂从图中P处注入,在A处电离出正离子,BC之间加有恒定电压,正离子进入B时的速度忽略不计,经加速后形成电流为I的离子束后喷出。已知推进器获得的推力为F,单位时间内喷出的离子技师为J。为研究问题方便,假定离子推进器在太空中飞行时不受其他外力,忽略推进器运动速度。
(1)求加在BC间的电压U;
(2)为使离子推进器正常运行,必须在出口D处向正离子束注入电子,试解释其原因。
【回答】
解:(1)设一个正离子的质量为m,电荷量为q,加速后的速度为v,根据动能定理,有
①
设离子推进器在△t时间内喷出质量为△M的正离子,并以其为研究对象,推进器对 △M的作用力为F′,由动量定理,有: ②
由牛顿第三定律知F′=F ③
设加速后离子束的横截面积为S,单位体积内的离子数为n,则有
④
⑤
由④、⑤可得
又 ⑥
解得 ⑦
(2)推进器持续喷出正离子束,会使带有负电荷的电子留在其中,由于库仑力作用将严重阻碍正离子的继续喷出。电子积累足够多时,甚至会将喷出的正离子再吸引回来,致使推进器无法正常工作。因此,必须在出口D处发*电子注入到正离子束,以中和正离子,使推进器获得持续推力。
知识点:未分类
题型:计算题
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