宇宙中, 衛星及太直船用什麼引擎在真空下推進呢?

之前人們都是用普通的噴射引擎的火箭在真空穿梭的，而衛星則使用儲存的壓縮空氣作引擎，和核子動力引擎也是現今美國NASA最新而已使用的引擎，不過最新的始終是離子引擎火箭，也是未來最新及取代現有所有的引擎的方案，以下是離子火箭的資料
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ESA的SMART-1與離子火箭

2003/08/10







作者:「台北天文館新聞」授權轉載

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　　自從1972年NASA結束了阿波羅登月計畫之後，三十年來世界各國進行了各式各樣的太空計畫，卻少有太空任務再注意我們唯一的天然衛星，既使科學家對她的來歷，以及她對地球生命出現與演化方面的影響等等，仍不清楚。如今，ESA（歐洲太空總署）的第一艘月球探測船SMART-1，即將於2003年8月28日發射，希望能針對這些謎團，
提供更有力的線索。

　　SMART-1是ESA在工業技術方面進行學術研究的一系列小型太空任務（Small Missions for Advanced Research in Technology）中的第一艘太空船。它的主要任務，是測試『太陽能發電推進技術』（solar-electric propulsion technology），也就是將太陽能轉換成電力，再將氣體電離分解，利用離子來推動火箭前進這項技術的實用性。其次，是利用船上的X射線與紅外光探測儀器，描繪月球表面的3-D影像。另外它也計畫要探測月球背面的南極區域，並確認水冰的存在與否等多項任務。

　　離子火箭是種介於科幻小說與科技現實兩種極端現象中的科技技術，由離子引擎所推動，而離子引擎的概念，至少可回溯至1959年。1964年，就已有兩個離子引擎被美國的SERT 1人造衛星所測試，結果一個成功，一個失敗。離子火箭的概念，其實只是簡單的物理現象：慣性作用。當我們將氣體電離，會得到帶正電的氣體離子及帶負電的電子。當氣體離子通過電場或是成團被侷限在引擎後方，進而從引擎後方離開時，慣性作用就會將火箭往前推進。由於太空接近真空，離子引擎噴出這些推進氣體的速度將遠大於依靠化學作用的火箭，其效能甚至可達十倍以上，也使許多人認為離子火箭的應用將有助於提升星際旅行的可行性。然而離子火箭的推力相當薄弱，太空人根本無法利用這樣的火箭將太空船推離行星表面，而且需要一段很長的距離來加速，才能達到一定的速度。因此唯有在太空中，而且不需要瞬間加速的情況下，離子火箭才能發揮它的作用。例如在太空中要精準的將太空船結合或對準某個目標，就很適合運用離子火箭。

　　此外，離子火箭發展的潛力，在於『太陽能發電推進技術』。由於離子火箭中的離子是由電子槍所加速，能量愈強，速度愈快，離子火箭的推進力也愈大。電子槍的能量如果來自太陽能板，雖然能量比較小，大概只有幾千瓦，卻可以持續不斷的運作幾個月，甚至是好幾年，只要還照得到陽光，同時擁有足夠的氣體。因此利用『太陽能發電推進技術』所得到的瞬間推力雖然遠不如化學火箭，卻是長途旅行的最佳選擇。

　　第一艘主要利用離子火箭作為推進器的太空船是1998及2001年NASA的深太空一號（Deep Space 1），而SMART-1雖然是第二艘，卻是第一個利用這樣的技術來接近天體的太空船。如果『太陽能發電推進技術』測試成功，將會有一系列的太空船利用這個技術，例如計畫要探測重力波的LISA。同時離子火箭的應用也會日漸頻繁，就像科幻小說所寫的情況一樣。

參考資料來源: http://www.esa.int/export/esaSC/SEM3JQXO4HD_exploring_0.html


2006-12-22 00:41:54 補充：
steventtw20兄！樓主的問題是【宇宙中, 衛星及太直船《用什麼引擎》在真空下推進呢?】，所以我們只須回答《用什麼引擎》就得了，至於什麼作用力呀、反作用力呀…都係等樓主有興趣補充發問時才回答吧！唉！

上面三位網友的答案只有時間之龍君的最精確. 飛船在太空中是靠燃燒燃料使它們變成氣流, 然後從飛船後部的噴部向後噴出以產生反作用力推動太空船前進.

首先我們要知道一點,衛星,環繞地球軌道飛行的太空船和飛離地球的太空船都是使用不同的推進原理.

所有飛往宇宙的飛船,人造衛星需要要擺脫地球引力對自身的影響才能離開地球,現行的方法是利用火箭產生的反推力讓它們飛離地球,但垂直起飛的同時,也有有橫向的力.火箭會一直讓太空船/衛星加速,並在差不多達至預定軌道時幾乎跟地球表面成水平,這時飛船應已藉火箭的推力加速至第一宇宙速度(即7.8km/sec),即物體逃離星體所需的速度. 當火箭系統脫離飛船之後,飛船實際上已經沒有動力,但由於已經達到了一定的速度,加上在這個高度已經幾乎沒有空氣的阻力,慣性會一直保持這個速度,並因著這個第一宇宙速度而讓飛船/衛星一直保持在那個高度,但要注意的是,飛船/衛星那時其實一直在下墜當中,即微重力的狀態下,但基於第一宇宙速度的緣故,飛船和太空船是維持在一定的高度. 這時它們是沒有推力的,只有先前在火箭的推力下產生並儲存起來的慣性動力. 但有些人造衛星及太空船會擁有一些小型推進器,主要用以改變姿勢及改變軌道用.

而離開地球的飛船,則必須在加速至第一宇宙速度之後,再加速至第二宇宙速度(即11.2km/sec),這時太空船就必須要藉由自身的推動力去加速. 所以飛往月球的太陽神飛船會有推進器.