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离子推进器在星际飞船中日趋成熟

探索离子推进器技术,它正在彻底改变航天器推进方式,实现高效的远距离任务,例如火星探测。

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靠化学燃料驱动的发动机?太老套了。对于真正具有现代感的航天器来说,离子推进器是唯一的选择。这类系统可能不会提供强大而戏剧性的速度爆发,但世界各地的航天机构都认识到其“稳扎稳打”方法的优势,这正是行星际巡航所需的。

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离子推进的工作原理是通过对气体进行电荷处理(或称电离),然后加速产生的离子来推进航天器。这一概念在 50 多年前就被提出,首个使用该技术的航天器是 1998 年的“深空 1 号”。自那时以来……只有少数其他非商业航天器使用了离子推进技术 [《技术评论》]。

然而,在远距离任务方面,这项技术比化学推进具有明显优势,因为少量气体就能使航天器行进很远的距离。航天专家 Alexander Bruccoleri 解释说,对于化学推进,

“你在携带进入太空的物品方面受到限制,因为你必须携带一个大部分是燃料的火箭” [《技术评论》]。

现在,欧洲空间局(ESA)的一个探测器将使用四个离子推进器飞往离太阳最近的行星——水星。该任务要到 2014 年才会发射,但 ESA 官员表示,价值 3700 万美元的推进系统将是有史以来最高效的,也将是对该技术迄今为止最雄心勃勃的测试。水星探测器将由一枚常规火箭发射,并在脱离地球轨道之前继续使用化学推进。然而,当它开始为期六年的水星巡航时,其离子推进器将启动。该系统将从太阳能电池板获取电力;随着氙离子

穿过带电网格,它们会加速到每秒 50 公里(每秒 31 英里),并以平行光束从后部射出。在地球海平面上,这种推力仅够举起一枚一英镑硬币。然而,在太空中,同样的推力将产生大得多的升力 [《每日电讯报》]。

与此同时,NASA 正在通过“NASA 进化型氙推进器”(NEXT)计划开发新的离子发动机,并且还与Ad Astra Rocket Company 合作。该协议为 Ad Astra 的 VASIMR 系统

在太空进行点火铺平了道路,如果地面测试取得成功,该系统将连接到国际空间站……如果空间站的飞行测试按计划进行,Ad Astra 希望赢得 NASA 的合同,使用 VASIMR 来提供保持国际空间站轨道所需的周期性推力 [《新科学家》]。

离子推进器已被提议用于可能的载人火星火星远征,尽管在总统小组宣布 NASA 的载人航天计划处于“不可持续的轨迹”之后,此类任务存在疑问。但尚不清楚该小组的建议将如何影响NASA 的太空探索计划。值得注意的是,在 NASA 新任局长 Charles Bolden 的参议院确认听证会上,Bolden 曾得到离子推进器的赞赏,他提请立法者注意一种离子发动机,该发动机

可以将前往火星的行程时间缩短到“39 天,而不是 8 到 11 个月” [《新科学家》]。

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相关内容:80beats:需要更多钚:能源部承诺生产更多航天器燃料 80beats:卫星在头顶飞过,研究地球引力 80beats:新型等离子推进器驱动了一个可乐罐火箭——并且可以为卫星提供动力图片:ESA。水星探测器的插图。

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