出品：科普中国
制作：贺建武、马隆飞、康琦、段俐（中国科学院力学研究所）
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2019年8月31日，中国科学院在中国酒泉卫星发射中心发射了一颗名为"太极一号"的卫星，这是中国首颗空间引力波探测技术实验卫星，主要任务是实现关键技术的验证，为实现空间引力波探测打下基础。
一个世纪前，爱因斯坦基于广义相对论就预言了引力波的存在。然而直到2015年，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）才在地面探测到了引力波信号。三位美国科学家Rainer Weiss、Barry C Barish 和Kip S Thorne也因此获得了2017年的诺贝尔物理学奖。
不仅如此，国际上普遍认为，如果有人能在空间探测到引力波，获得更多频段的引力波信号，同样能获得诺贝尔级奖章。
引力波是物质和能量剧烈运动和变化引发的时空涟漪，它在传播过程中挤压或者拉伸时空，就像水面泛起的涟漪一般，以光速向外传播。
太空中引力波信号十分微弱，目前最好的方法就是利用光学手段，通过探测两个相距上百万公里的自由漂浮物体之间的距离变化来捕获引力波。
说起来简单，但这一技术的实现难度超乎人们想象，堪称挑战人类目前所掌握的技术极限。
早在2008年，由中科院发起，院内外多家单位参与，以中国科学院力学研究所胡文瑞院士为召集人成立空间引力波探测论证组，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。2016年，中科院启动了空间引力波探测计划——太极计划。2018年，中科院"太极计划"先行者——"太极一号"任务立项，太极计划成员自此进入紧张的型号任务研制阶段。
考虑到引力波探测的难度，太极计划分多步进行。 "太极一号"任务是第一步，主要是在轨验证空间引力波探测的关键技术，包括高精度超稳激光干涉仪、引力参考惯性传感器、超稳超静平台、无拖曳控制和微牛级推进系统。 其中的每一项技术都十分复杂，而且非常重要。
众所周知，火箭的发射、宇宙飞船和卫星在太空中的运行都离不开发动机（发动机即推力器）。在太空中，光压、宇宙射线辐射等作用在航天器上的微牛级非保守力，都会影响卫星的超稳状态，因此需要开发微牛级推进系统以抵消非保守力对卫星平台的影响。 射频离子发动机，就是其中之一，同时，它也是世界上最先进的卫星发动机之一。
射频离子发动机，顾名思义，是靠吸收射频能量（也就是频率为300 kHz – 300 GHz的交流电）来维持其等离子体自持放电并产生推力的装置。
"等离子体"是我们所熟知的自然界物质的第四物态（气态、固态、液态和等离子体态），在生活中随处可见，如荧光灯、霓虹灯、氙灯和闪电等。 简单来说就是电离了的"气体"，由离子、电子以及未电离的中性粒子组成，整体呈电中性，但具有导电特性。
而射频离子发动机就是将等离子体中带正电荷的离子通过高压电场引出并加速，以几十公里每秒的速度喷射出去。由牛顿第三定律可知，高速喷射的离子将产生反向推力，从而推动卫星前进。
当发动机喷射离子时，还需要一个能够喷射电子的装置（中和器）用以中和喷射出去的离子，否则会使航天器带电，危及航天器的安全。
中国科学院力学研究所微型离子发动机产品研发团队历经五年的时间，对射频离子发动机系统的工作原理进行了深入的研究，从最初的射频电路阻抗匹配、射频感应耦合放电，到最终射频离子发动机可以稳定工作，部件的每一个细节都经过仔细地推敲。
2015年，团队研发的第一套射频离子发动机——RIT-4点火成功，之后，团队根据不同的推力范围需求，开展了射频离子发动机系列样机的研发，分别研制了RIT-2、RIT-25和RIT-5。
研发团队凭借多年对射频离子发动机的研究基础和宝贵的航天工程经验，在2018年8月承担了"太极一号"卫星射频离子微推进系统的研制重任，限时一年。
常规航天任务一般是三到五年，甚至更长，一年的时间要将尚不成熟的原理样机直接做到满足航天标准的飞行样机，这对人员有限的研发团队而言是一项非常艰巨的任务。但为了中国航天事业的发展，空间引力波探测国家重大专项的顺利实施，中国科学院力学研究所微重力重点实验室康琦主任毅然决然地接下了这项几乎不可能完成的任务。
对于整个射频离子发动机系统而言，除了射频离子发动机头部以外，实际还需要一系列的配套"装配"，包括：电子学单机（中国科学院国家空间科学中心研制）、场发射中和器（清华大学研制）、微流量控制单机（507所和深圳市绿航星际太空 科技 研究院研制）。五家单位团队协作，在研发前期，各自根据设计指标要求专攻技术难点，以最快的速度完成方案可行性验证。
中科院力学所研发团队根据已有的研究基础，在2019年3月率先完成了微型射频离子发动机（μRIT-1）飞行产品的研制，并顺利通过了空间环境模拟试验。
发动机样机研制出来后，它的推力到底是多大，计算出来的推力是否准确，这些都是亟需验证的问题，航天工程任务是要靠精确的实验数据来说话的。因此，研发团队在射频离子微推进系统产品紧张研制的同时，紧急筹备发动机后续性能测试方案，自主设计了一套亚微牛级推力测量设备，实现了推力器快、稳、准的安装与调试，极大限度地缩短了射频离子发动机性能测试周期。
电子学单机是射频离子发动机系统的核心之一，整个推进系统的供电、控制以及数据存储均要依靠它来完成。 中国科学院国家空间科学中心先后一共有6名专业人员参与到电子学单机的研制工作。这个项目突破了他们以往的研制速度，经历了无数个通宵达旦的艰苦工作，在最后一刻解决了所有问题，交付了通过地面验证试验的合格产品。
与射频离子微推力器（μRIT-1）配合使用的中和器是清华大学研制的"碳纳米管中和器" 。这次合作是清华大学清华-富士康纳米 科技 中心第一次承担航天任务，更是将碳纳米管场发射技术第一次应用在航天领域中。五位清华大学的老师在没有航天任务经验的情况下，一步一步地摸索着前进，从最基本的材料选取、结构设计、加工工艺到最终的测试方案，他们夜以继日地发现问题和解决问题，最终按时交付了他们的"首创"。
最后一个就是射频离子发动机系统必不可少的气体控制器——微流量控制单机。 之所以称为"微流量控制单元"，是因微型离子发动机工作时所需的工质气体非常少，008 mL的气体可以使推力器工作1分钟以上，相当于一个人深呼吸吹出的气体量（约3500 mL）可使推力器连续工作约一个月。
深圳市绿航星际太空 科技 研究院四名专业技术人员同样是从未研制过气体流量这么小且精度要求非常高的微流量控制器。为了保证发动机能够正常稳定地工作，技术人员从方案设计、加工工艺到气路封装，一路披荆斩棘，在团队协作下，解决了系列技术问题。微流量控制单元是除发动机外，第一个交付的产品。
研发团队在不到十个月的时间里，夜以继日、过五关斩六将，终将合格的射频离子发动机产品按时交付给卫星系统。
目前，射频离子微推进系统在轨工作正常，并顺利完成功能和性能测试，任务取得圆满成功，这也是国际首次在轨验证微型射频离子发动机技术！
世界上最小的发动机有多小？
射频芯片属于模拟芯片的一种（CPU、GPU等属于数字芯片），被誉为模拟芯片皇冠上的明珠，可见研发确实有难度的，但难度没有CPU、GPU大，后两者超过射频芯片好几个数量级。这方面，华为给出了很好的答案，后面我会做详细分析。
在2017n，国产射频芯片市场占有率仅有2%。如此低的占有率，主要是因为中国进入射频芯片时间较晚，经验较少，芯片产品规划和市场推广都存在短板，而射频芯片又由于依赖研发人员的经验较多，使得其成为国内企业的弱项。
美国Skyworks公司曾是华为主要的射频芯片供应商。
但弱项不等于一片空白。没有经验，研发的人多了，时间积累到位，落下的课也就补上了。
说到底，射频芯片没有专利墙和生态圈构筑竞争壁垒，集中研发攻关是可以突破的。
早在2019n6月，华为被列入实体清单前，华为海思就开始自行设计射频组件，以弥补供应链短板。实体清单出炉后，华为内部人士透露，华为手机业务的自给率差距主要体现在射频芯片领域，这一块对美系厂商依赖严重，主要采购Skyworks、Qorvo、博通三家美国公司。
然而，不到一n过去，华为迅速补上供应链自给短板。
最新发布的旗舰手机P40拆机表明，在射频零配件上，从收发天线、开关芯片、PA（功率放大器）到滤波器，已经全面替代Skyworks、Qorvo、博通三家美国公司，”去美化“非常成功。
从上图可以看出，在关键的射频芯片上，包括LNA、RF开关芯片、PA、双工器、射频开关、RF收发芯片，华为实现了自研，其它非关键零配件，有国产供应商支撑。
上图中的外资供应商，包括NXP（恩智浦）、ST（意法半导体）、村田等，都是欧洲和日本供应商，和美国没有直接关系，而且它们是作为第二供货商的形式出现在供应商名单里，和过去外资供应商独当一面完全不同。
这说明，射频芯片研发没有想象中难，和CPU、GPU等复杂的数字电路比起来，完全不在一个量级。
微型发动机的曲轴的曲拐数等于
一位西班牙工程师，Motores Patelo，他花了2500小时做了一个世界上最小的32缸汽车发动机。
它的长度仅为 1 英尺的 32 缸迷你金属引擎，看着它在桌面上运行的时候，你无法想象这是纯手工打造的作品。
据介绍，这台迷你引擎一共使用了 850 块部件和 632 个螺丝钉，整个制作过程耗时 2520 个小时，可谓是沥血之作。
微型涡轮喷气发动机制作方法
微型发动机的曲轴的曲拐数等于气缸数的一半。曲轴将来自活塞连杆组的气体压力转化为扭矩输出到外部。它还用于驱动发动机的气门机构和其他辅助装置。曲轴的组成：主轴颈用来支撑曲轴。全力支持：曲轴主轴颈数量比气缸数量多一个。良好的强度和刚性，减少磨损；柴油发动机和大多数汽油发动机。
说实话，个人制作的难度比较大
难度在这几个方面，材料，和机械加工
由于涡轮喷射引擎是需要耐高温的发动机本体，以及需要非常耐磨损（高温下）的材料制成，这种材料通常情况下非常难以获得，除非你家里只做军火的。
燃烧室需要钨，高碳钢，以及钛合金制作。内壁需要高温防护涂层，或者也是陶瓷。
加力矢量导向喷射口需要用石墨陶瓷
叶片使用钛合金，传动轴需要用钛，钨以及钢合金，需要承受高扭力而不断裂，且能够承受极大温差。前端零下，后端上千高温不融化。不会变形。
其制造方法，应该可以在任何地方下载到图纸。将离心涡轮的歧管和燃烧室部分制成是主要难度。关键是零部件的制造。
小型的涡轮喷射发动机通常使用串列离心压缩叶片组，叶片面积和间距决定了压缩比和压强，控制压缩比到30：1以上。
燃烧室控制燃油喷射比。因为是连续做功的发动机，所以控制阀控制的是燃烧室的温度，最大化燃料效率，且注意燃烧室内壁不至于融化。歧管一定要用无缝钢管制作，因为压强很大。裂缝都会导致它损坏。
难度很大，建议先研究，可以一起讨论
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