空間站（或天宮二號）為什麼不利用太陽能實現加速？

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通過看紀錄片知道，天宮號空間站所在的約500公里高的軌道，還是有微少大氣存在的，這會導致空間站緩慢減速，軌道下降，所以要定期給空間站「補充」速度，從而催生出天舟號飛船的燃料補加功能。但是，到外太空給飛行器補加燃料顯然是一件成本很高的工作，這不利於建立永久性太空站的願望。為什麼不利用太陽能呢？功率不夠的話可以多運幾塊上去呀！
類似的疑問還有：
1、空間站可以利用「大風扇」加減速嗎？
2、為什麼不利用「離子發動機」給空間站提速？
3、空間站可以利用「光帆」抵消稀薄大氣的減速嗎？

今年六月份，實踐十八號會帶個LIPS-300電推上去。可以期待一下表現。現在一般這種推進器都用在中高軌道上，像同步軌道這些。低地球軌道一般不會用這個來進行軌道控制。

知乎手機端回答這種多問的問題太困難了，所以我給你的問題複製了下來。

1、空間站可以利用「大風扇」加減速嗎？

不知道你有沒有用過分子泵，我們實驗室裡面如果要獲得一個極高的真空度，有三種方法。
第一是用擴散泵，最好的極限可以達到10^-4pa左右。
第二是用鋰鈉鉀合金這些東西去吸收，但是效果不好，因為稀有氣體沒辦法去除，這個方法可以將稀薄空氣的真空度提升兩個數量級。
第三就是分子泵，這個泵裡面的構造很像渦扇發動機的內部結構。利用高速旋轉的扇葉將分子打飛出體系，這個扇葉的速度比分子的均方根速率還要大一點。最大的極限可以到10^-6Pa。

這個扇葉的旋轉速度最快可以達到100000rpm，一個極高的轉速，但是真空度卻只有10^-6Pa。

然後我們再來看太空的環境。在500公里的高度下，這個空氣很稀薄了，略低於10^-6Pa的真空度。這時候你把一個100000rpm的風扇裝到衛星上去，根本不起作用。因為分子太少，低於了這個東西的極限壓強，相當於空轉。如果想再提升轉速，我下面會有理由告訴你現在這個轉速都不允許的。

其次太陽光壓已經有4.6*10-6Pa了。光壓對飛行器的影響已經顯著。這個時候如果你開著一個高速扇葉逆光飛行，能不能加速還是一個問題呢。

另一個更重要的原因。你想一想這麼一個大的扇葉在如此高速的旋轉，根據動量守恆定律，衛星要像反方向旋轉，風扇有100000rpm，衛星怎麼的也要有個幾百轉一分鐘吧。你人在裡面怎麼受的了？這不是大直徑的空間站模擬地球重力，這就是原地打轉，航天員會吐翻的。也就是說，這個扇葉是一個超級動量輪，衛星吃不消的。

補充一點，這一個因素也不可忽視，之前寫答案的時候忘了加進來了。高速運動的物體的軸承加減速機構這些都是要佔大頭的設備，太空失重環境的一個高速旋轉體就是個定時炸彈，比較難以控制，比如壞了怎麼修理？制動系統壞了，或者軸斷了，就只能眼巴巴的看著他一直在那轉了。

2、為什麼不利用「離子發動機」給空間站提速？

離子推進器是有很多衛星在用了，像波音公司那一票BSS-702平台，這個東西用的13cm和25cm氙離子發動機。他們這個衛星太陽能板巨大，展開之後有47m，兩邊加起來就有94m，這個尺寸在低軌道受到的阻力「比較大」。但在同步軌道就沒有這個問題。同步軌道的氣壓大概在10^-11Pa左右，這是一個很小的值了。所以都在同步軌道上使用。低軌道的實驗室和空間站反正也要輸送其他補給物資，燃料就一起跟著送了。
所以這是一個經濟性問題，如果電推價格足夠便宜，比向上送燃料還便宜。那麼低軌道用阻力巨大的電推衛星也不是什麼問題。

3、空間站可以利用「光帆」抵消稀薄大氣的減速嗎？

光帆有些雞肋，剛才說了，才4.6μPa的光壓，這點壓力還不好利用，因為空間站高速運動的速度快，氣壓也不可忽略，這點光壓很可能抵消不了氣動阻力。200公里的時候光壓基本和氣壓相等，但是空間站還有一個七公里每秒的速度在撞擊氣體，所以氣體帶來的阻力比較大。光帆自己也不是虛的，也是實體，自己也有空氣阻力，所以說很難實現利用光帆前進。

離子推進器維持軌道從技術上可行，畢竟天宮不過比現在的全電星如波音702SP重幾倍而已，最多10倍。堆幾倍的推進系統和太陽能電池板就行了(電推又不會炸，不存在一個發動機失效波及整體的事)。

Boeing 702 - Wikipedia

至於說「低軌道不能用電推」，有GOCE的反例，用途特殊，254.9km超低軌道，靠電推維持4年，失效之後立即隕落。

Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer

GOCE衛星_百度百科

但現在的全電星壽命很長，要在沒有補給的情況下工作十幾年，價格也貴。天宮壽命不長而且航天員需要經常補給，所以沒有必要強調航天器本身的自持力，順便補一下燃料或者讓飛船推一下更省事。

1.太稀薄，要用「大風扇」的話那轉速會遠超出你的想像，可能每秒上億轉加上大直徑才有效，然而這麼高的轉速能直接讓風扇瞬間解體，所以不可能。

2.離子推進器存在電極侵蝕問題，制約了壽命，可能是國內還沒解決長壽命高可靠性問題，要推動空間站需要的功率也大，幾十千瓦乃至幾百千瓦，這需要大型太陽能陣列提供能量（國際空間站理論最大發電能力大約120千瓦時），對空間站設計和發射、組裝帶來額外要求，看來國內還是無法滿足。空間站用離子推進器的最大優點可以大大降低推進劑發射成本，至於推進劑本身的成本，氙是貴，但是碘、氪、氬等其他可能的推進劑便宜不少。

有人覺得離子推進器不適用於近地軌道，其實2009年歐洲發射的「地球重力場和海水環流探測器」就在254.9千米高的近地軌道使用離子推進器補償大氣阻力帶來的軌道衰減了。注意其流線型設計，也是為了降低大氣阻力。

3.要對空間站這樣的重物使用太陽帆，那光帆直徑需至少要上千米，在近地軌道上巨大的太陽帆帶來的阻力遠超光壓帶來的推力，反而會讓軌道更快衰減。

大風扇減速是什麼意思……？如果是減速的話，弄個傘就可以了，問題是這傘也太大了，太小了的話任務時間就不合理了。

而太陽帆的話，有阻力啊親，你這樣沒變成帆，先成了降落傘了。

離子發動機推力太小，弄個深空探測衛星都費勁，空間站就別想了。

再說了空間站是經常有任務的，帶上一點燃料也不費事兒。

黎明電力推進系統，你值得擁有。

1，空氣稀薄，利用大風扇要實現姿軌控，耗能太多，不可行。
2，不了解。
3，題主所謂的光帆是指太陽帆板嗎？幾年前有個熱點，太陽帆航天器，它是利用太陽給太陽帆板的光壓實現姿軌控（陽光照射是有壓強的），但是由於太陽光壓（壓強）很小，所以需要很大面積的太陽帆板，通常有足球場那麼大…所以太陽帆板的展開是個難點
考慮太陽帆板提供的動力很小，小型太陽帆航天器可以進行長時間遠距離的航行。

風扇效益太少，在稀薄大氣下會不穩定
離子發動機也要運輸工質，推力基本上就吹羽毛
光帆技術沒有大規模驗證，而且不可控，只能逃逸用

給宇航員送的吃的我感覺都比燃料重，維持軌道用不了多少燃料，你這都是無謂增加成本的舉動

每次天舟或者神舟上去的時候開發動機推一下就行。又不是完全隔絕接觸的衛星。

只要跟飛船對接，就可以用飛船的發動機來給空間站增加速度，提高軌道高度。

所有技術類問題都要明白兩點
1所有你想到的方案都有人想過。
2你以為的低成本好辦法不是技術太難就是成本並不那麼低。