帝国理工学院正在开发一种名为\"铱催化电解立方体卫星推进器\"（ICE-Cube Thruster）的火箭推进器，这种推进器非常小，只能用原本设计用于制造硅芯片的技术来制造。
帝国理工学院研发的微型推进器仅有 1 毫米长 图/帝国理工学院/欧空局
在当今发射的卫星中，重量在 10 千克（22 磅）以下的卫星约占 90%，其中一些甚至比智能手机大不了多少，因此为它们制造组件是一项艰巨的任务。其中一个问题就是要找到适合立方体卫星限制的火箭推进器。这些推进器不仅要小，而且要简单、无压、低功耗，并且不包含有毒材料。
由欧空局资助的 ICE-Cube 推进器当然符合小型标准。事实上，它非常小。整个推进器芯片只有指甲盖那么长，燃烧室和喷嘴只有 1 毫米长。它只需要 20 瓦的电流就能工作，在一次测试中以 185 秒的比冲持续产生了 1.25 毫牛顿的推力。从这个角度来看，这比航天飞机上使用的发动机少 5 亿倍的推力。
然而，ICE-立方体推进器的诀窍在于它使用普通水作为推进剂，而普通水是最不易爆、最不易燃的。机载电流产生电解作用，将水分解成氢气和氧气，然后送入燃烧室点燃，产生推力来操纵立方体卫星。
使用水不仅非常环保，还能减少有效载荷，因为不需要加压来储存水，所以储存和处理系统可以更轻、更简单。不过，要在两个维度上制造推进器的燃烧室和喷嘴，需要借鉴微电子技术，使用通常用于加工处理器硅片的微电子机械系统（MEMS）技术，以达到亚微米公差。
这种技术虽然非正统，但它不仅能完成工作，而且还具有可扩展性，可以批量生产微型推进器。
2022年7月24日14时22分22秒，长征五号B遥三运载火箭搭载问天实验舱成功发射升空。
问天实验舱的发射总重量超过了23吨，其中干重约为21.5吨，另有1550千克的肼类燃料。所谓的肼类燃料实际上就是我们常说的偏二甲肼以及四氧化二氮，它们都属于化学燃料。这就令人产生了一些疑惑，众所周知，天宫空间站所使用的是LHT-100型霍尔电推推进器，该推进器所使用的燃料是54号元素氙，根本用不着化学燃料，为什么要将这么多的化学燃料运到空间站上去呢？化学燃料重量大、占用空间多，且运输成本高昂，并不是理想的航天动力源，所以天宫空间站上所安装的是先进的LHT-100型霍尔电推推进器。
什么是霍尔推进器呢？
霍尔推进器是一种静电推进器，而除了静电推进器之外，电推进器家族还有电磁式推进器和电热式推进器。霍尔推进器顾名思义就是利用了霍尔效应，霍尔效应是由物理学家霍尔与1879年所发现的，简单来讲就是说：当电流垂直于外磁场通过半导体时，在垂直于电流和磁场的方向会产生一个附加电场，因此在半导体的两端就会产生一个电势差。霍尔推进器就是由一个能够产生霍尔效应的装置以及一个电子源所组成的。在霍尔推进器中，电子源所发射的电子会因为霍尔效应而形成一个环状电子束，这使得霍尔推进器看起来颇具科幻感。
当我们把氙气输入到霍尔推进器之中时，环状电子束中高速运动的电子会使氙气发生电离，电离后的氙离子会高速向后喷出，从而产生推力。
霍尔推进器看起来很是高科技，但明白了原理之后我们就会发现，其实霍尔推进器与传统的化学推进器并没有本质上的区别，它们都是依靠向后扔东西而产生的反作用力向前推进。只不过化学推进器扔出去的是化学燃料燃烧后产生的高速射流，而霍尔推进器扔出去的是电离后的氙离子，而霍尔推进器的优势也就在于此，因为扔的只是离子，所以燃料消耗极少，而电又是太空中唾手可得的东西。
如果说霍尔推进器有什么缺点的话，那就是推力不足。
作用力与反作用力是相等的，既然扔出去的只是一些离子，所能够产生的推力自然也大不了，通常只有几牛而已。几牛的推力，这在地球上基本是什么也推不动，但太空就不一样了，天空没有阻力，所以只需要一点点的推力就可以使航天器动起来，所以霍尔推进器安装在航天器上是再适合不过了，且未来还有发展空间，在不久之前，我国的HET-450单通道霍尔推进器在地面实验中就实现了4.6牛的推力。既然霍尔推进器这么适合于安装在航天器上，而天宫空间站确实也已经用上了霍尔推进器，为什么还要运送这么多化学燃料上去呢？
霍尔推进器虽然号，但它不是万能的，它的最大缺点还是推力太低，这使得在面对一些特殊情况的时候，它显得有些力不从心。
众所周知，在天空中存在着很多太空垃圾，而空间站在运行的过程中很可能会与这些太空垃圾的运行轨道发生重叠，如果这些太空垃圾撞上空间站，那么将会给空间站带来不可估量的损失，此前国际空间站的机械臂就遭受了一个极小太空碎片的撞击，结果留下了一个极为明显的孔洞。太空垃圾虽然可怕，但其运行轨迹是可以提前预判的，不过只是提前预判还不够，还要能够及时躲避。霍尔推进器的推力很低，如果要是提前个把月发现太空垃圾，还可以躲开，但若只是提前几天，靠霍尔推进器就不行了，此时就要用上化学燃料了。
除了躲避太空垃圾之外，在与飞船对接的时候，也需要用到化学燃料。
发射升空的飞船与天宫空间站的运行轨道是存在差异的，为了成功对接，飞船必须要逐步调整位置并赶追空间站，这就使得对接时间被大大延长了。但如果空间站使用化学燃料为动力，自行调整自己的姿势和位置，就可以大大缩短对接的时间，而这种需要在短时间内快速调整的任务，霍尔推进器那点微小的推力肯定是做不到的。不过这一切都只是暂时的，随着大功率霍尔推进器技术的不断突破，未来我们的航天器还是有可能彻底摆脱化学燃料的。
西班牙《趣味》月刊网站7月5日发表题为《航天科学基础指南：关于火箭，你应该知道的一切》的文章，作者系贾尔斯·斯帕罗。文章介绍了火箭的研发过程，全文摘编如下：
这些设备在发射的最初几分钟内将消耗掉大部分燃料，同时试图克服地球引力。
数百年来，作家和发明家一直梦想探索地球以外的宇宙，但进入太空面临的真正挑战直到19世纪才变得明朗。搭乘气球的实验飞行表明，地球大气随着高度上升而迅速变得稀薄，因此早在动力飞行成为现实之前，工程师们就已经知道机翼、螺旋桨和其他通过推动周围介质（例如空气）产生向前、向上作用力的装置在那种环境下是没有用的。
此外，内燃机——通过地球大气中氧气的辅助，在一种被称为燃烧的化学反应中燃烧燃料来产生能量的发动机——在没有空气的情况下也会失效。
幸运的是，人类已经发明了一种装置来解决在这种条件下产生推力的问题：火箭。
如何发射
最初的火箭被用作武器或制作烟花。根据作用力和反作用力原理，火箭能产生一个方向的力——推力：爆炸性化学物质释放的气体从它们的后方高速喷出，因此无论周围环境如何，它们都会向另一个方向移动。
在太空中使用火箭的关键是运输一种被称为氧化剂的化学物质。氧化剂能够起到与氧气在地球空气中相同的作用，使燃料燃烧。
第一个详细研究火箭太空旅行潜力的人名叫康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基，他是一位俄国教师和业余科学家，于1903年在论文中论证了用火箭发射航天器的可行性。这位研究人员意识到，发射环节是最大的挑战之一。由于携带着使其能够到达太空所需的所有燃料和氧化剂，在发射环节，火箭的重量是最大的，并且需要很大的推力才能推动它。然而，火箭一旦发射，就会开始减轻重量，此时同样的推力产生的加速效果更大。
齐奥尔科夫斯基设计了一个复杂的方程，揭示了在这个方向上进行任何机动所需的推力，以及火箭到达目标所需的特定推力——即每单位燃料产生多大推力。于是，他意识到当时的推进器效能太低，无法为火箭提供动力，并认为最终将需要液态和氧化性燃料，如液态氢和液态氧，才能让火箭到达轨道和更远的地方。齐奥尔科夫斯基的理论仍然是今天所有火箭技术的基础。
飞行阶段
为了穿过地球大气层进入太空，火箭必须巧妙地平衡和控制强大的力量。
为了使火箭产生所需的推力，就要利用燃料和氧化剂之间剧烈化学反应产生的受控爆炸。爆炸产生的膨胀气体通过喷气口从火箭后部排出。喷气口将燃烧产生的高温高压气体引导成一股气流，以高超音速（数倍于音速）的速度从后方逸出。
牛顿第三运动定律指出，每一个作用力都有一个大小相等且方向相反的反作用力。因此火箭喷出气流的作用力与推动火箭前进、大小相等且方向相反的力达到平衡。
尽管作用在两个方向上的力是相等的，但由于另一个牛顿定律，它们的可见效果是不同的。该定律阐明，质量较大的物体需要更大的力才能将它们加速到一定程度。也就是说，虽然作用力将质量较小的气体迅速加速到高超音速，但由于火箭的质量要大得多，反作用力在相反方向上产生的加速度要小得多。
随着火箭速度的提高，保持运动方向与推力方向紧密一致是至关重要的，需要逐步调整从而将火箭引导到轨道路径中。如果明显失去这种一致性，会导致火箭失控。
大多数火箭，包括“猎鹰”和“大力神”系列运载火箭，以及“土星5号”运载火箭，都使用发动机万向节进行操纵，以使整个火箭发动机可以旋转并随时改变其推力方向。其他转向选项包括使用外部翅片来偏转离开发动机的气体，这对于不具备复杂发动机的固体燃料火箭更为有效。
工作原理
火箭发动机是非常复杂的机器，要承受巨大的热量和压力。
相对简单的固体火箭（最常被用作在发射时提供额外推力的助推器）也基于相同的原理：点燃装有燃料和氧化剂混合物的容器。一旦点燃，固体火箭将持续燃烧直到燃料耗尽，但它的燃烧速度以及由此获得的推力可以通过改变在飞行不同阶段暴露于点燃位置的面积大小来控制。
液体燃料火箭往往更复杂。一般来说，它们有几个装有燃料和氧化剂的罐，通过管道迷宫连接到燃烧室。高速涡轮泵由它们自己的独立发动机驱动，用于通过喷射系统向燃烧室供应液体燃料。输送燃料的速度可以增大或减小，而且燃料能以流体喷射或以细雾喷射。
在燃烧室内部，需使用点火机制来启动。它可以是高温气流喷射、电火花或小型爆炸。快速点火至关重要：如果燃烧室中积聚了过多的燃料和氧化剂混合物，点火延迟会产生过大的压力，导致火箭爆炸。
液体火箭的分级设计可能会有不同方案，具体取决于燃料和其他要求。一些最高效的推进剂是液化气体，例如液氢，它只在非常低的温度下保持稳定。因此，它们必须储存在高度绝缘的罐中。一些火箭选择绕过点火机制，使用自燃混合物，这种混合物在彼此接触时会自燃。
星际旅行
探索太阳系需要火箭，但如何从地球轨道进入深空呢？
任何太空飞行的第一阶段都涉及将飞行器从地球表面发射到一个相对较低的轨道中，那里的引力与在海平面上相当，但地球上层大气的摩擦力非常小，所以如果火箭的最高段飞行得足够快，就可以保持圆形或稳定的椭圆形轨迹。在这种状态下，重力作用和直线飞行的自然倾向相互抵消。
许多航天器和卫星不会超出这个被称为近地轨道的较低地球轨道。然而，那些要探索太阳系的航天器需要额外的推动才能达到逃逸速度，超出这一速度，航天器就不会受到我们星球引力的影响。
美国太空探索技术公司“猎鹰9号”运载火箭结构示意图（美国《大众科学》月刊网站）
来源：参考消息网
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