電動航天推進

電動式推進是指利用電力或磁場作為太空船的動力。這系統大多採用加速電離子的技術。 比衝越高代表效率越好，亦即可以用相同質量的燃料產生更多的動量。因為電動發動機比化學燃料火箭有更高的排氣速度，所以比化學燃料火箭消耗更少燃料，但由於能源所限，其推力會比化學燃料火箭弱得多。雖然電動推進器的推力較少，但推力卻可維持一段很長的時間。經過長時間後，電動發動機能加速到一個相當可觀的速度，因此電動發動機比化學燃料火箭更適合於深太空任務。 目前，電動式推進發展已相當成熟，已廣泛應用於各種太空任務上。俄羅斯的衛星已經採用電動推進有幾十年。到2019年，在太陽系運行的500多個航天器採用電動推進系統。其系統除了作為它們的主要動力外，亦會用作固定航天器在軌道上及軌道提升等功能。而日後所發展出電動發動機更可產生每秒100公里的速度增量（Δv）。雖然這速度能使太空船（且是核能驅動）前往至太陽系外圍的星球，卻還不足以進行星際間的穿梭。理論上，電動式推進如能搭配外部能源（透過雷射方式傳送動力）運作，是有可能進行星際穿梭。由於電動式推進產生的推力不夠強，所以並不適合用於火箭從地球發射上太空的過程。 此一形式的發動機利用噴出離子作為動力來源。有別於一般火箭發動機，由於並不需要噴嘴，所以並不被視為真正的火箭發動機。離子發動機基本上等同於粒子加速器，原理是將離子從排氣口噴射出去以產生動力。目前知名的粒子加速器並非用作推進器，主要是用在研究及工業上，為科學測量及核散裂反應(nuclear spallation) 或離子注入 (ion implantation)等研究作出貢獻，如歐洲核子研究中心使用大型強子對撞機進行的基礎物理研究。 根據用於加速離子的作用力種類，太空船所使用的電動推進器可分為三種： 任何裝置藉庫侖靜電力產生加速度作為動力，皆屬於靜電式推進，包括： 網格離子推進器 Gridded ion thruster 國家太空總署太陽能技術應用設備 NASA Solar Technology Application Readiness(NSTAR) 高能量電力推進 High Power Electric Propulsion (HiPEP) 射頻離子推進器 Radiofrequency ion thruster 霍爾推進器 Hall Effect Thruster (HET) 固定電漿推進器 Stationary Plasma Thruster (SPT) 陽極層離子推進器 Thruster with Anode Layer (TAL) 離子膠體推進器 Colloid Ion Thruster 場致發射電力推進 Field Emission Electric Propulsion (FEEP) 奈米粒子場提取推進器 Nano-particle field extraction thruster 電熱式推進指儀器透過產生電漿令推進劑加熱，並通過實體噴嘴或磁場噴嘴，將推進劑的熱能轉化為動能。通常採用低分子量氣體(如氫、氦及氨)作為推進劑。 電熱式發動機通過噴嘴將熱能轉化為分子的直線運動，以成為自身動力，可視它為火箭。 雖然電熱式發動機在比衝(ISP)方面的表現並沒有特別突出(500到1000秒)，仍比冷氣體推進器、單基發動機及大部份的雙基發動機優秀。蘇聯曾於1971年起採用電熱式發動機，包括蘇聯製的“Meteor-3”、“Meteor-Priroda”、“Resurs-O”系列的衛星，以及俄製的“Elektro”衛星。目前洛克希德·馬丁(Lockheed Martin)的A2100衛星正採用由洛克達因公司(Aerojet)製造的電熱系統MR-510，並以聯胺作為推進劑。電熱式推進器包括： 電弧噴射發動機 Arcjet Thruster 電阻加熱電漿發動機 Resistojet Thruster 可變比衝磁電漿火箭 Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR) 電磁式推進指儀器利用離子加速，即離子受到勞侖茲力或電磁場作用(其電場與離子加速的方向不相同)影響，作為飛船動力。電磁式推進器包括： 無電極電漿推進器 Electrodeless plasma thruster 磁電漿動力推進器 Magnetoplasmadynamic thruster 脈衝感應推進器 Pulsed inductive thruster 脈衝電漿推進器 Pulsed plasma thruster 螺旋雙層結構推進器 Helicon Double Layer Thruster 光子推進器意指儀器透過發射光子產生推力。詳見以下頁面： 雷射推進 Laser propulsion 光子火箭 Photon rocket 電動纜索是一條很長的導線。如將一條纜索連接上一個特定的衛星，它就能以發電機的電動原理運作，將動能轉化為電動，或以發電機的原理運作，將電動轉化為動能。當纜索在地球的磁場中移動，便能產生電勢。電動纜索採用甚麼種類的金屬導線取決多個因素，主要包括其導電性及低密度性。次要因素則是金屬的價格、強度及熔點。詳見以下頁面： 電動纜索 Electrodynamic tether 除上述的非離子式驅動形式外，還有數個推進方式曾經被提出，但尚未清楚這些方法能否在現今所知的物理規則下實現，包括： 量子真空電漿推進器 Quantum Vacuum Plasma Thruster 射頻共振空腔推進器 RF resonant cavity thruster 電動推進系統亦可以分類為穩定輸出型(能於指定時間內持續地產生動力)及非穩定輸出型(以脈衝方式噴射達到預期推力)。事實上，這分類方式不只可應用在電動推進系統上，亦可以應用在任何推進形式的引擎上。 由於電動式發動機的動力相當有限，因此產生的推力比化學燃料發動機更少，其推力差距甚至高達好幾個數量級。並且化學燃料火箭產生動力的方式快而直接，電動系統卻需要多個程序才能產生動力。然而在同等的推力下，電動式推進能以較少燃料，為太空船帶來可觀的航行速度，這一點相對化學燃料發動機佔有極大優勢。化學燃料發動機只能於很短的時間內運作，並大多只會於慣性軌道(inertial trajectory)上航行。當接近行星時，電動火箭雖然沒法提供足夠的推力使飛船脫離星球的表面，但長時間性的低推力卻可以令飛船在星球附近的地方航行。 Choueiri, Edgar Y. (2009) New dawn of electric rocket Scientific American 300, 58–65 doi:10.1038/scientificamerican0209-58 Electric versus Chemical Propulsion. Electric Spacecraft Propulsion. ESA. [2007-02-17]. （原始内容存档于2011-05-23）.  Electric Propulsion Research at Institute of Fundamental Technological Research. 2011-08-16. （原始内容存档于2011-08-16）.  Lev, Dan; Myers, Roger M.; Lemmer, Kristina M.; Kolbeck, Jonathan; Koizumi, Hiroyuki; Polzin, Kurt. The technological and commercial expansion of electric propulsion. Acta Astronautica. June 2019, 159: 213–227. Bibcode:2019AcAau.159..213L. S2CID 115682651. doi:10.1016/j.actaastro.2019.03.058.  Choueiri, Edgar Y. (2009). New dawn of electric rocket. [2023-07-03]. （原始内容存档于2016-10-18）.  Google Scholar. scholar.google.com. [2023-07-03]. （原始内容存档于2016-01-17）.  Geoffrey A. Landis. Laser-powered Interstellar Probe 互联网档案馆的存檔，存档日期2012-07-22. on the Geoffrey A. Landis: Science. papers available on the web （页面存档备份，存于互联网档案馆）