美國東部時(shí)間2007年9月27日早7時(shí)20分,美國航空航天局(NASA)的“黎明”號(hào)探測(cè)器從佛羅里達(dá)州肯尼迪航天中心順利升空,計(jì)劃在未來8年時(shí)間里飛抵位于小行星帶的終點(diǎn)站。“黎明”號(hào)探測(cè)器使用離子發(fā)動(dòng)機(jī), 與傳統(tǒng)的航天器化學(xué)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)不同,新型發(fā)動(dòng)機(jī)將太陽能轉(zhuǎn)化為電能,再通過電能電離惰性氣體氙氣的原子,產(chǎn)生時(shí)速達(dá)14.32萬千米的離子流作為推動(dòng)力, “黎明”號(hào)上安裝了3個(gè)離子推進(jìn)器和2個(gè)巨大的太陽能板,雙翼間距近20米,足以為它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是傳統(tǒng)化學(xué)燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的10倍。 離子推進(jìn)器是新一代航天動(dòng)力裝置,可用于衛(wèi)星姿態(tài)控制和軌道修正。推進(jìn)劑從圖中
P處注入,在
A處電離出正離子,
BC之間加有恒定電壓,正離子進(jìn)入
B時(shí)的速度忽略不計(jì),經(jīng)加速后形成電流為
I的離子束后噴出。已知推進(jìn)器獲得的推力為
F,單位時(shí)間內(nèi)噴出的離子質(zhì)量為
J, 為研究問題方便,假定離子推進(jìn)器在太空中飛行時(shí)不受其他外力,忽略推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)速度。
(1)求加在
BC間的電壓
U;
(2)為使離子推進(jìn)器正常運(yùn)行,必須在出口
D處向正離子束注入電子,試解釋其原因。