宇宙飞船是人类进行空间探索的重要设备,当飞船升空进入轨道后,由于各种原因经常会出现不同程度的偏离轨道现象。离子推进器是新一代航天动力装置,也可用于飞船姿态调整和轨道修正,其原理如图1所示,首先推进剂从图中的
P处被注入,在A处被电离出正离子,金属环
B、C之间加有恒定电压,正离子被
B、C间的电场加速后从
C端口喷出,从而使飞船获得推进或姿态调整的反冲动力。
假设总质量为
M的卫星,正在以速度
V沿
MP方向运动,已知现在的运动方向与预定方向
MN成θ角,如图2所示。为了使飞船回到预定的飞行方向
MN,飞船启用推进器进行调整。
已知推进器
B、C间的电压大小为
U,带电离子进入B时的速度忽略不计,经加速后形成电流强度为I的离子束从
C端口喷出,若单个离子的质量为
m,电量为
q,忽略离子间的相互作用力,忽略空间其他外力的影响,忽略离子喷射对卫星质量的影响。请完成下列计算任务:
(1)正离子经电场加速后,从
C端口喷出的速度
v是多大?
(2)推进器开启后飞船受到的平均推力
F是多大?
(3)如果沿垂直于飞船速度
V的方向进行推进,且推进器工作时
间极短,为了使飞船回到预定的飞行方向,离子推进器喷射
出的粒子数
N为多少?