在前一篇文章中，小火箭介绍了离子推进器的多个流派，在苏联和美国两条主线的发展历程中，离子推进器逐渐从试验阶段走向了实际应用，并且目前在多款深空探测器上大展身手。

　　当离子推进器的工质采用氙后，就成了氙离子推进器（XIPS），该推进器与稳态等离子推进器（SPT）（属于霍尔推进器的一种）一起，成为目前和可预见的将来使用得最为广泛的电推进系统。

　　2006年发射的TacSat-2卫星、2010年发射的美国军用通讯卫星USA-214和美国军用小卫星USA-221、2012年发射的美国国家侦察局用卫星USA-235等卫星都使用了霍尔推进器。上图为TacSat-2卫星示意图。

　　TacSat-2卫星上面的一台BHT-200霍尔推进器的核心部件。（为什么总提这颗卫星？因为2006年发射的这颗卫星上面使用了美国在太空真正开始承担重任的首款霍尔推进器BHT-200。）

　　2001年至2006年期间发射的以休斯公司的“HS-601HP”平台为基础的PAS-10、Astra 2C、DirectTV 4S、亚洲4号、Galaxy 13、MEASAT 3等卫星和深空1号探测器、黎明号探测器以及2015年3月初发射的波音702SP（世界上首款全电推进卫星）则采用了氙离子推进器。上图为波音702SP全电卫星。

　　于是，有人说电推进技术将会立刻替代化学推进技术成为卫星和深空探测器的主要动力。但是也有人认为电推进技术尚处在萌芽阶段，尤其是推力太小，尚不能马上全面替代化学推进技术。

　　以深空1号为例，她上面搭载的离子推进器功率为2.3kW，其峰值推力约为92mN。无论是发动机功率还是推力，深空1号的离子推进器都已经算是同类推进器中较大的了。一张80g的A4纸的质量约为4.99g。这张纸在咱们地球上所受的重力约为48.9mN。也就是说，深空1号深空探测器的离子推进器火力全开的时候，其推力也不足以托起两张A4纸。

　　但是，就是这样纤弱的力量，却能够在近地轨道卫星和远程星际探索中使离子推进器和霍尔推进器胜过了火力威猛的化学推进器。

　　我们不再去比较化学推进器和电推进器在比冲方面的差别，这样的比较会出现在大量的文献中，而结论也无非是：双组元化学推进系统的比冲一般在300s左右，而波音702SP全电卫星上的XIPS-25电推进系统的比冲已经达到了3800s以上，因此电推进系统比化学推进系统优越很多。这样的评价显得有些抽象。

　　在这里，我们比较的是二者的喷气速度。并祭出先驱齐奥尔科夫斯基（摇篮叔）的大杀器：齐式火箭方程来给化学推进和电推进二者做个了断。

　　“天下武功，唯快不破”，李小龙的这句名言道出了火箭推进系统的真谛（好像火云邪神也说过来着）。

　　从摇篮叔的火箭方程中，我们可以看到，影响火箭最终速度（或者说速度增量）的因素有两个：一个是发动机的喷气速度，另一个是火箭发射质量与扣除燃料后的干质量的比值。

　　优势一：在同样的速度增量的要求下，较大的喷气速度意味着较小的发射质量与干质量的比值。对于带有同样载荷的卫星来说，其发射质量会大幅减小。

　　以波音702SP全电卫星为例，该星的星体结构和设备的总质量为2350kg。如果用肼为燃料，按照传统方式来把这颗卫星送入地球静止轨道的线kg燃料，这颗卫星的发射质量将会是4000kg。而现在，该星采用全电推进方式来将自己送入同样的轨道，只需要携带150kg的氙。加上星体结构和设备的质量，该星的发射质量变成了约2000kg（不需携带化学火箭发动机，只用带上轻巧的离子发动机，又省去了一些质量）。

　　省下将近6000万美元。另外，2吨级的卫星质量使得能够发射波音702SP卫星的火箭种类变得更多，使该星有更好的议价能力，还能让很多卫星以“一箭双星”的形式来发射。

　　以这样的星体，稍作改装，带满氙的话，她是能够轻松飞到火星轨道的。如果我们等得起，该星实际上是能飞到土星轨道的。

　　一颗重4.8吨的以化学火箭来维持轨道高度的寿命达15年的卫星，其燃料储箱中带的燃料重达3吨。有效载荷的质量差不多只有燃料质量的一半。如果将这颗卫星升级为电推进卫星的线kg的氙就能完成同样的使命。上图为BHT-1500离子推进器。

　　电推进系统即使在目前这个萌芽状态下，也已经能够赋予深空探测器以极快的速度，并且这样的速度是化学推进器难以企及的。

　　500kg的深空1号来一场星际赛跑。（有关土星5号火箭，详见小火箭的公号文章《土星5号：最高最重推力最大的火箭》，有关F1液氧煤油发动机，详见小火箭的公号文章《F-1:史上最强的单燃烧室液体火箭发动机》）

　　6909kN（大约能举起705吨的重物，相当于54辆加长型公交车），比航天飞机的3台主发动机的推力加起来还要大（约为航天飞机主发动机推力的3.8倍）。

　　1秒钟就要烧掉约2.66吨燃料。在阿波罗计划中，F1发动机的工作时间约为159s，燃气喷流的速度约为2596m/s。单台F1发动机需要燃料423.099吨。

　　85%这一指标来设计一枚参赛用的火箭，则火箭的发射质量为497.3235吨，其中F1发动机本身的燃尽质量为9.15吨，火箭壳体和有效载荷的总质量为65.5145吨。

　　5天零19个小时的时间才能用去1kg燃料。深空1号的发射质量为486.3kg，其中燃料只有81.5kg（约占16.8%）。

　　159s后，F1发动机以飞出274.6公里，并且将最终速度锁定在4.925km/s。此时，深空1号飞出了2.374米，速度2.98cm/s，比小蚂蚁爬行的速度还要慢。

　　如果他们都是从北京市中心上空出发的线已经到了大河北省的衡水市，而深空1号刚刚从床上爬起来走向卫生间。

　　15个小时过去了，深空1号来到了F1发动机达到她的最大速度的地方（衡水），时速为36.5公里。那些曾经笑话她比蜗牛还慢的人，此时骑着自行车也很难追上她了。

　　18个多月后，深空1号赶上并超过了F1。这时，她们已经飞了2.23亿公里。深空1号在F1进入木星轨道之前超过了她，并且将会一直保持着领先的优势。

　　电推进系统能使探测器拥有的最终速度为81.58km/s！这个速度足够让探测器飞出太阳系，飞向浩淼的星辰大海。

　　6.9kW，是深空1号和黎明号上用的离子推进器的3倍。她的效率能够达到70%。以她为动力的探测器能够将4吨重的载荷送到土星轨道上。

　　0.236N。也就是说，在地球上，两台NEXT离子发动机的推力加起来能够勉强举起一只个头儿比较小的鸡蛋。

　　4.8，也就是说1kW的功率对应4.8kg的发动机质量。这个值在电推进系统中算是比较小的了，上一代的离子推进器的质量功率比普遍在6左右。如此看来，电推进发动机连自己的外壳都抬不动，捆绑再多也是无济于事的。目前看来只能寄希望于人们把质量功率比做得越来越小，当电推进系统至少能把自己推起来的时候，事情就好办一些了。

　　28653兆瓦才能使飞船飞离地面，需要约115000兆瓦以上的电功率才能让飞船以现今化学火箭的加速度发射。

　　氙以其易电离粉红小火箭ssr、离子重和对飞行器比较友好等特点成为了电推进系统中的优质工质，而且目前尚难被其他工质替代（即使用氙的近亲氪来代替，效率也会骤降15%左右）。

　　每秒钟至少要消耗91.16kg的氙。要知道，81kg的氙就足够让一个半吨重的探测器去探测彗星了。

　　因此，即使今后电推进技术得到了极大发展，出现了十万兆瓦级的电推进器或者推力为数万牛的霍尔推进器，也不会用这样的推进器来把星际飞船从地面发射到近地轨道，因为这实在是过于暴殄天物了。当然，如果人类科技那时候已经发达到能够在木星大气层中提取氙气的时候则另当别论。

　　这不是明摆着让我们用核动力么！咱可说好了，不是小火箭非要用核动力，而是电推进实在是没办法了。

　　用核能发电，在起飞阶段，将液态氢喷到核发电系统的热交换器上，并高速喷出，产生强大的推力，将飞船推向近地轨道。在太空环境中，采用氙为工质，用离子推进或者霍尔推进的方式，让飞船持续加速，直到达到令人满意的星际航行速度。

　　我们要多带一些液态氢，因为火星大气中的二氧化碳的浓度很高，而氢气和水蒸气则很少。飞船携带的氢元素将帮助我们建设有自持能力的基地。有氢、有碳、有氧、有电，我们别无他求。不过，在处理液氢的过程中要千万小心，详见小火箭的公号文章《液态氢，一匹桀骜不驯的野马》。

　　核动力与电推进的结合能使飞船在大推力小比冲和小推力大比冲的两个工作状态之间自由切换。由于不必像化学火箭那样造成多级的，小火箭设想的单级入轨星际远征飞船会呈薄饼飞碟状，以便在起飞和降落阶段利用空气动力的作用。