美國東部時間2007年9月27日早7時20分,美國航空航天局(NASA)的“黎明”號探測器從佛羅里達州肯尼迪航天中心順利升空,計劃在未來8年時間里飛抵位于小行星帶的終點站。“黎明”號探測器使用離子發(fā)動機, 與傳統(tǒng)的航天器化學(xué)燃料發(fā)動機不同,新型發(fā)動機將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產(chǎn)生時速達14.32萬千米的離子流作為推動力, “黎明”號上安裝了3個離子推進器和2個巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是傳統(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動機的10倍。 離子推進器是新一代航天動力裝置,可用于衛(wèi)星姿態(tài)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之間加有恒定電壓,正離子進入
B時的速度忽略不計,經(jīng)加速后形成電流為
I的離子束后噴出。已知推進器獲得的推力為
F,單位時間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為
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。