原理及组成

特点及应用范围

发展历史

胶体推进器（Colloid Thruster）是电推进的一种，属于电推进中的静电推进。

原理及组成

胶体推进器（Colloid Thruster）是电推进的一种，属于电推进中的静电推进。它的原理和场发射离子推进器（FEEP）非常相似，不采用气相电离，而是利用静电场从液态的推进剂中分离出带电的离子或颗粒，再用静电场把它们加速喷射出去。不同的是FEEP分离的是液态金属中的离子，而胶体推进器分离的是非金属溶胶中的亚微米尺度的带电颗粒。

有必要区分胶体微推进器和胶体化学推进器，某些时候胶体推进器指的是胶体化学推进器，它是介于使用液体推进剂和固体推进剂之间的火箭推进器，它和大型火箭的推进器只有推进剂上的不同；而这里特制胶体微推进器，属于电推进。

胶体是物质的一种分散状态，不论在任何物质，只要以1-100nm之间的粒子分散于另一物质中时，就成为胶体。分散质粒子直径小于1nm的称为溶液，分散质粒子直径大于100nm的称为悬浊液、乳浊液。由于溶胶胶核常常选择性地吸附作为稳定剂的某种离子，而使其表面带有电荷。溶胶胶核总是选择吸附与其组成相类似的离子。例如Fe(OH)3溶胶，其胶核吸附稳定剂FeO+Cl-中的FeO+而带正电荷。

推进剂在一个毛细管中，毛细管接高电势，称作发射极，正对毛细管口有一个抽取极，接低电势，推进剂在电场的作用下向管口外伸出，形成一个锥形，称为泰勒锥（Taylor Cone），锥顶半角为49.3°。在这个由推进剂形成的锥面上，电势是相等的。电压达到一定程度的时候，锥顶的推进剂形成一股射流，向抽取极方向喷射出去，射流由带正电的小液滴组成，直径约在几十个纳米。射流通过抽取极后，继续在抽取极和加速极之间被加速，从推进器出口喷射出去。同时，有一个中和器发射电子对喷出的带正电的液滴进行中和。

在泰勒锥顶射出的射流有可能是离子，也可能是带电的小液滴，也可能是两者的结合。这对推进器性能有一定的影响，一般认为，如果射出离子，会降低射流带电量和质量的比值，从而降低推进器的比冲。

特点及应用范围

胶体推进器具有一般电推进的特点：1、比冲高，可通过节约推进剂的使用量而降低发射成本或增加有效载荷的比重；2、推进引起的振动小，点火期间对航天器振动干扰小；3、对航天器的控制精度高；4、寿命长。

胶体推进器的特点在于小，胶体推进器可提供微牛级推力，比冲较高，效率高，功率小，约在0.01瓦到几瓦的范围内，推进器质量小，胶体推进器工作电压在1KV到3KV左右，不是很高。

胶体推进器的推进部分没有机械运动部件，但是在推进剂供给系统中可能出现微机械部件，例如清华大学研制的胶体推进器使用了微薄膜泵来提供推进剂，这可能会影响到胶体推进器的寿命。但是由于胶体推进器使用的是液体推进剂，也不需要将其加热到气态，所以总的来讲它的推进剂储存和供给还是比较简单的。

与霍尔推进器或离子推进器相比，胶体推进器的寿命更长。

胶体推进器属于静电式电推进器，因此具有静电式推进的一些特点，例如需要加装中和器，需要考虑羽流污染问题等。

总的来说，由于胶体推进器的推力小，功率小，质量小，因此适合于对微卫星、纳卫星等微小卫星的控制。目前，胶体推进器的技术还未成熟，但是从长远看来，这是一种很有潜力，能够被广泛使用的推进器。

发展历史

1917年，有科学家发现在给予一定的流量和电压后，在毛细管口的液体会形成一个锥状凸起。直到1964年，这个锥形结构才首次被泰勒赋予理论上的解释。他发现有良好导电性能的液体会形成一个锥形的等电势面，锥形的产生是因为电场力和液体的表面张力互相平衡的而导致的。他计算出的这个锥的锥顶半角为49.3°，并且通过实验进行了证实，于是这个锥也被称为泰勒锥。但是他的理论无法解释为何会有射流从锥顶射出。与此同时，美国开始研究胶体推进器，但那时的胶体推进器的目标是预期成为航天器的主推进器，需要很高的推力密度，所以它的工作电压很高，为KV级，这使得他无法同电压较低的离子推进器相竞争。随着阿波罗时代的结束，对这种胶体推进器的研究也逐渐减少，在70年代以后基本上就停止了。

1989年，有研究发现有机大分子可以从泰勒锥中完整的分离出来，90年代以后，随着小卫星的发展和对控制精度要求的提高，胶体推进器的研究重新活跃起来。科学家们对泰勒锥，射流，以及锥顶结合部分进行了研究，但是对于胶体推进器中发生喷射的原理及其复杂性还不能完全认识。因此在研究胶体推进器的过程中，主要是通过大量实验积累数据来寻找规律。

目前，胶体推进器已经做出实物，2005年BUSEK公司的胶体推进器将搭载在美国ST7卫星上进行飞行试验。2006年，还将搭载在NASA和欧空局合作的smart2 上进入太空进行飞行试验。