宇宙飞船的电推力器越来越小，可能成为新的太空任务的关键。而且根据两家新的太空科技公司第四阶段和Accion系统，它们甚至可能会进入星际。传统火箭依靠化学反应是一个伟大的方式来生成大量推力，但是非常没有效率的时候产生推力携带推进剂，这就是为什么发射一颗小卫星也需要一个巨大的多层火箭。多年来，科学家们一直在探索化学火箭的各种替代品。一种是电力推进，利用电力加速带电推进剂远离航天器，从而产生推力。
电力推进比化学火箭产生的推力要小得多，因为化学火箭太弱，无法从地球表面发射宇宙飞船。然而电力推进比化学火箭要高效得多，这使得它在每一个重量问题上都有潜在的用处，比如一旦传统的火箭将其送入轨道，就可以使用航天器。发射公司将获得大量资金，但一旦宇宙飞船进入太空，它们就需要能够四处走动，在需要的时候探索太阳系的内外行星。
等离子体推进
电力推进器已经推动宇宙飞船几十年了。例如20世纪70年代，苏联开始在卫星上安装所谓的霍尔推进器。霍尔推进器利用电场和磁场将气体中的中性原子(如氙)转化为带电粒子离子，然后利用电场加速离子云，即等离子体向外产生推力。这些推进器仍然是航天器上最常见的电子推进器。然而“霍尔推力器表现出了良好的性能，它们根植于六七十年代设计的技术，所以你最终会得到一个非常庞大的系统。现在，第四阶段已经开发出“目前可用的最小的等离子推进系统，想要帮助每一颗行星、每一颗卫星、每一天都将宇宙飞船送入轨道。
四相等离子体推进器。这些小型推进器有一天可以为星际飞船提供动力。图片：Phase Four
第四阶段的推进器使用更小、更低电压的元件来产生带有无线电波的等离子体，而不是使用大型高压电子设备来产生带有电场和磁场的等离子体。就像微波炉使用微波来激发食物中的水分子一样，我们也会使用手机或无线充电垫中的电子部件来产生无线电波，从而为等离子体提供能量，氙是最常用于电力推进的推进剂，但我们也在研究空气或水。第四阶段的推进器利用磁场将等离子体中的电子引导向外，要么来自永磁体，要么来自电磁铁。离子在等离子体中跟随电子向外，使等离子体产生一个整体的中性电荷。Halpern解释说：以前的电推力器的一个缺点是，当等离子体发射到太空时，它们需要如何中和等离子体的电荷，否则宇宙飞船就会产生巨大危险的电荷。
这些中和组件通常容易随着时间的推移而失效，因为它们需要浸入推进器的排气羽流中。相比较而言，阶段4的推进器产生的等离子体具有整体的中性电荷，因此既不需要中和它们的等离子体，也不需要携带容易失效的中和元件。今年5月第四阶段宣布将推进器卖给美国宇航局，这样NASA就可以测试他们的卫星推进能力，以及成像卫星公司Astro Digital在加州圣克拉拉的能力。政府和商业机构正在证实有人们想要的东西。Halpern在6月2日纽约哥伦比亚大学的私人空间科学研讨会上描述了第四阶段的工作。
电喷射推进器
另一种新型的电力推进技术是将体积较小的推进器用于航天器。波士顿Accion系统公司的创始人兼首席执行官Natalya Bailey说：我们的目标是利用我们的技术对其他星球进行殖民，也许还能探测到另一颗恒星。电推力器通常依靠储存在体积庞大的加压罐中的压缩气体，以及用来电离这些气体的大室，以及输送这些气体的管道、阀门和泵。相反，Accion依靠的是一种含盐的液体推进剂，这有助于大大减少推进器的尺寸和简化设计。将传统离子发动机的性能降低到小型卫星的大小和功率水平。Accion的芯片大小的推进器，每一个都被称为平铺式离子液体电喷雾推进器，依靠毛细管作用来帮助液体在其内部流动——这种作用迫使液体通过狭窄的管道流动，同样的作用也可以帮助把水吸到树上。
然后每块瓷都使用电场来从推进剂中提取离子，并将它们从微小的喷嘴中输送到光束中。Accion最初的目标是帮助哪怕是微小的卫星都能推动自己，从而修正它们在地球轨道上的位置。这可以帮助它们在轨道上停留更长时间，这样卫星所有者就能从他们的钱中获得更多的价值。正在为以前没有的小型卫星打开任务类型。用于制造微芯片的方法可以用来帮助大规模制造Accion的推进器，这有助于降低成本。从长远来看，之所以在这项技术上建立公司，是因为它是所有电力推进系统中规模最大的。Bailey说：Accion的推进器计划于2019年在三艘宇宙飞船上飞行。第一艘宇宙飞船将是来自加州欧文高中的一个立方体卫星。将会越来越高的性能水平，并最终计划进入更大的卫星，然后进行星际任务。
博科园-科学科普｜ 文：Charles Q. Choi/Space
网友评论