宇宙飞船进行长距离星际运行时，不能再用化学燃料，可采用一种新型发动机——离子发动机，在离子发动机中，由电极发射的电子射入稀有气体（如氙气），使其离子化，然后从静

Question

宇宙飞船进行长距离星际运行时，不能再用化学燃料，可采用一种新型发动机——离子发动机，在离子发动机中，由电极发射的电子射入稀有气体（如氙气），使其离子化，然后从静止开始经电场加速后，从飞船尾部高速连续喷出，利用反冲使飞船本身得到加速。如图14所示的离子推进器，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U，正离子进入B的速度忽略不计。

（1）经加速后形成等效电流为i的离子束喷出，且单位时间喷出的离子质量为j，已知推进器发射的功率为P，飞行器的质量为M，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。求：

（i）喷出的正离子的比荷。

（ii）射出离子后飞行器开始运动的加速度。由于推进器持续喷出正离子束后会使带有负电荷的电子留在其中，由于库仑力的作用会严重阻碍正离子的喷出，为使离子推进器正常运行，必须在出口D处向正离子束注入什么电荷，才能使推进器获得持续推力。

（2）离子推进器是新一代航天动力装置，也可用于飞船姿态调整和轨道修正，假设总质量为M的卫星，正在以速度V沿OP方向运动，与x轴成60°，如图15所示。已知离子的质量为m，电荷量为q，为了使飞船尽快回到预定的飞行方向-Y，单位时间内离子推进器应向那个方向喷射出的粒子数最少？最少为多少？

                

 

Answer 1

（1）（i）因i=q，j/m，所以得 （ii），电子。 （2）与+Y方向成30°飞船方向调整前后，其速度合成矢量如图所示， 喷射应该沿+x方向。     对单个电荷，