火箭發(fā)動(dòng)機(jī)是火箭系統(tǒng)的核心裝備，傳統(tǒng)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，主要用于助推火箭升空。而在太空中各類航天器和衛(wèi)星在校正位置、轉(zhuǎn)移軌道時(shí)，多數(shù)采用的是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的電推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。電推力火箭發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理與工作細(xì)節(jié)非常復(fù)雜，高中階段我們可以進(jìn)行合理簡(jiǎn)化進(jìn)行討論。
（1）設(shè)某個(gè)以化學(xué)燃料提供動(dòng)力的火箭飛行時(shí)在極短的時(shí)間Δt內(nèi)噴射燃?xì)獾馁|(zhì)量是Δm,噴出的燃?xì)庀鄬?duì)噴氣前火箭的速度大小是u,噴出燃?xì)夂蠡鸺馁|(zhì)量是m。請(qǐng)你計(jì)算在經(jīng)過該次噴氣后火箭增加的速度Δv,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果簡(jiǎn)述火箭本身質(zhì)量對(duì)火箭加速性能的影響。
（2）某種航天器采用靜電式離子推力器作為動(dòng)力，其原理可簡(jiǎn)化如下：如圖1所示，核心裝置左側(cè)的電子槍發(fā)射出的高速電子將中性推進(jìn)劑（如氙氣原子）電離，電離后的正離子被正、負(fù)極柵板間的強(qiáng)電場(chǎng)加速后與中和電子槍導(dǎo)出的電子重新中和成為高速粒子流并被噴出，從而使航天器獲得推進(jìn)或姿態(tài)調(diào)整的反沖力。已知單個(gè)正離子的質(zhì)量為m,電荷量為q,正、負(fù)極柵板間加速電壓為U，從正、負(fù)柵極加速后的正離子所形成的等效電流為I，忽略離子間的相互作用力和電子能量的影響，且認(rèn)為粒子噴射時(shí)航天器質(zhì)量不變。試求該發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的平均推力的大?。?br />（3）2020年1月，我國首款20千瓦大功率電磁式霍爾推力器成功完成點(diǎn)火試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了我國霍爾電推力器推力從毫牛級(jí)向牛級(jí)的跨越。如圖2是某霍爾推力器的基本原理圖，霍爾推力器的電離區(qū)和加速區(qū)是合一的。其工作原理簡(jiǎn)化如下：推力器的輔助裝置將右側(cè)陰極逸出（初速度極?。┑囊徊糠蛛娮铀腿胗奢S向電場(chǎng)和環(huán)形徑向磁場(chǎng)構(gòu)成的放電工作室中，電子在洛倫茲力和電場(chǎng)力的共同作用下向左螺旋加速，與進(jìn)入放電室的中性推進(jìn)劑原子發(fā)生碰撞使其電離；正離子的質(zhì)量較大，它在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)角度很小，其運(yùn)動(dòng)可視為在軸向電場(chǎng)力的作用下向右加速，出放電室后高速正離子與陰極導(dǎo)出的電子中和并被高速噴出，推進(jìn)器由于反沖獲得推進(jìn)動(dòng)力。
設(shè)單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入放電工作室的電子總數(shù)為N，加速后每個(gè)電子獲得的能量均為E₀，與中性推進(jìn)劑發(fā)生碰撞的電子數(shù)占總電子數(shù)的80%，推進(jìn)劑被電離后形成一價(jià)正離子，軸向電場(chǎng)加速區(qū)的電壓大小保持不變，且環(huán)形徑向磁場(chǎng)的分布穩(wěn)定，其余輔助裝置消耗的電能占總供電能量的10%，請(qǐng)根據(jù)以上情景提供的信息，求供電系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)提供的電能。