电动式推进是指利用电力或磁场作为航天器的动力。这系统大多采用加速电离子的技术。
比冲越高代表效率越好,亦即可以用相同质量的燃料产生更多的动量。因为电动发动机比化学燃料火箭有更高的排气速度,所以比化学燃料火箭消耗更少燃料,但由于能源所限,其推力会比化学燃料火箭弱得多。虽然电动助推器的推力较少,但推力却可维持一段很长的时间。经过长时间后,电动发动机能加速到一个相当可观的速度,因此电动发动机比化学燃料火箭更适合于深太空任务。
目前,电动式推进发展已相当成熟,已广泛应用于各种太空任务上。俄罗斯的卫星已经采用电动推进有几十年[来源请求],预计到2020年,一半的新型卫星将完全采用电动式推进[来源请求]。到2019年,在太阳系运行的500多个航天器将采用电动推进系统[来源请求]。其系统除了作为它们的主要动力外,亦会用作固定航天器在轨道上及轨道提升等功能。而日后所发展出电动发动机更可产生每秒100公里的速度增量(Δv)[来源请求]。虽然这速度能使航天器(且是核能驱动)前往至太阳系外围的星球,却还不足以进行星际间的穿梭。理论上,电动式推进如能搭配外部能源(透过激光方式传送动力)运作,是有可能进行星际穿梭。由于电动式推进产生的推力不够强,所以并不适合用于火箭从地球发射上太空的过程。
离子和等离子推进
此一形式的发动机利用喷出离子作为动力来源。有别于一般火箭发动机,由于并不需要喷管,所以并不被视为真正的火箭发动机。离子发动机基本上等同于粒子加速器,原理是将离子从排气口喷气出去以产生动力。目前知名的粒子加速器并非用作助推器,主要是用在研究及工业上,为科学测量及核散裂反应(nuclear spallation)或离子注入(ion implantation)等研究作出贡献,如欧洲核子研究中心使用大型强子对撞机进行的基础物理研究。
根据用于加速离子的作用力种类,航天器所使用的电动助推器可分为三种:
静电式推进
任何装置藉库仑静电力产生加速度作为动力,皆属于静电式推进,包括:
网格离子助推器Gridded ion thruster
国家国家航空航天局太阳能技术应用设备NASA Solar Technology Application Readiness(NSTAR)
高能量电力推进High Power Electric Propulsion(HiPEP)
射频离子助推器Radiofrequency ion thruster
霍尔助推器Hall Effect Thruster(HET)
固定等离子助推器Stationary Plasma Thruster(SPT)
阳极层离子助推器Thruster with Anode Layer(TAL)
离子胶体助推器Colloid Ion Thruster
场致发射电力推进Field Emission Electric Propulsion(FEEP)
奈米粒子场提取助推器Nano-particle field extraction thruster
电热式推进
电热式推进指仪表透过产生等离子令推进剂加热,并通过实体喷管或磁场喷管,将推进剂的热能转化为动能。通常采用低分子量气体(如氢、氦及氨)作为推进剂。
电热式发动机通过喷管将热能转化为分子的直线运动,以成为自身动力,可视它为火箭。
虽然电热式发动机在比冲(ISP)方面的表现并没有特别突出(500到1000秒),仍比冷气体助推器、单组元发动机及大部分的双组元发动机优秀。苏联曾于1971年起采用电热式发动机,包括苏联制的“Meteor-3”、“Meteor-Priroda”、“Resurs-O”系列的卫星,以及俄制的“Elektro”卫星。目前洛克希德·马丁(Lockheed Martin)的A2100卫星正采用由洛克达因公司(Aerojet)制造的电热系统MR-510,并以联胺作为推进剂。电热式助推器包括:
电弧喷气发动机Arcjet Thruster
电阻加热等离子发动机Resistojet Thruster
可变比冲磁等离子火箭Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket(VASIMR)
电磁式推进
电磁式推进指仪表利用离子加速,即离子受到劳仑兹力或电磁场作用(其电场与离子加速的方向不相同)影响,作为飞船动力。电磁式助推器包括:
无电极等离子助推器Electrodeless plasma thruster
磁等离子动力助推器Magnetoplasmadynamic thruster
脉冲感应助推器Pulsed inductive thruster
脉冲等离子助推器Pulsed plasma thruster
螺旋双层结构助推器Helicon Double Layer Thruster
光子式推进
光子助推器意指仪表透过发射光子产生推力。详见以下页面:
激光推进Laser propulsion
光子火箭Photon rocket
电动缆索式推进
电动缆索是一条很长的导线。如将一条缆索连接上一个特定的卫星,它就能以发电机的电动原理运作,将动能转化为电动,或以发电机的原理运作,将电动转化为动能。当缆索在地球的磁场中移动,便能产生电势。电动缆索采用什么种类的金属导线取决多个因素,主要包括其导电性及低密度性。次要因素则是金属的价格、强度及熔点。详见以下页面:
电动缆索Electrodynamic tether
其他具争议性的推进形式
除上述的非离子式驱动形式外,还有数个推进方式曾经被提出,但尚未清楚这些方法能否在现今所知的物理规则下实现,包括:
量子真空等离子助推器Quantum Vacuum Plasma Thruster
射频共振空腔助推器RF resonant cavity thruster
稳定输出型及非稳定输出型
电动推进系统亦可以分类为稳定输出型(能于指定时间内持续地产生动力)及非稳定输出型(以脉冲方式喷气达到预期推力)。事实上,这分类方式不只可应用在电动推进系统上,亦可以应用在任何推进形式的发动机上。
由于电动式发动机的动力相当有限,因此产生的推力比化学燃料发动机更少,其推力差距甚至高达好几个数量级。并且化学燃料火箭产生动力的方式快而直接,电动系统却需要多个程序才能产生动力。然而在同等的推力下,电动式推进能以较少燃料,为航天器带来可观的航行速度,这一点相对化学燃料发动机占有极大优势。化学燃料发动机只能于很短的时间内运作,并大多只会于惯性轨道(inertial trajectory)上航行。当接近行星时,电动火箭虽然没法提供足够的推力使飞船脱离星球的表面,但长时间性的低推力却可以令飞船在星球附近的地方航行。