美国东部时间2007年9月27日早7时20分,美国航空航天局(NASA)的“黎明”号探测器从佛罗里达州肯尼迪航天中心顺利升空,计划在未来8年时间里飞抵位于小行星带的终点站。“黎明”号探测器使用离子发动机, 与传统的航天器化学燃料发动机不同,新型发动机将太阳能转化为电能,再通过电能电离惰性气体氙气的原子,产生时速达14.32万千米的离子流作为推动力, “黎明”号上安装了3个离子推进器和2个巨大的太阳能板,双翼间距近20米,足以为它提供穿越太空的能量,燃料利用效率是传统化学燃料发动机的10倍。 离子推进器是新一代航天动力装置,可用于卫星姿态控制和轨道修正。推进剂从图中
P处注入,在
A处电离出正离子,
BC之间加有恒定电压,正离子进入
B时的速度忽略不计,经加速后形成电流为
I的离子束后喷出。已知推进器获得的推力为
F,单位时间内喷出的离子质量为
J, 为研究问题方便,假定离子推进器在太空中飞行时不受其他外力,忽略推进器运动速度。
(1)求加在
BC间的电压
U;
(2)为使离子推进器正常运行,必须在出口
D处向正离子束注入电子,试解释其原因。