《火星救援》中的離子引擎可能成為現實,星際旅行已經不遠了

2021-01-08 快樂的小綿羊

2015年曾上映過關於太空人的科幻電影叫《火星救援》,這部電影中的太空人們稱作名叫赫爾墨斯號的宇宙飛船從地球出發飛越了將近5億千米的距離到達火星。而支持著赫爾墨斯號宇宙飛船在火星與地球持續航行的就是離子引擎。這種引擎主要是通過向氬氣或者氙氣通電,將這些物質加速到大約每小時35萬公裡的高速然後是釋放,以此使宇宙飛船實現高速飛行。這種引擎雖然加速度不大但是可以持續很長時間,同時處於宇宙飛船中的太空人並不會感到傳統航天引擎在工作時所產的巨大的加速度、噪音以及震動所帶來的不適。

這種引擎技術對人類以後探索宇宙有著非常重要的意義。現在這種科幻電影中的技術已經離我們越來越近了。近日麻省理工學院在著名科學雜誌《自然》上發表的一篇文章表示,可以替代傳統的飛機渦輪發動機的離子引擎已經初步研製完成。省理工學院航空航天副教授Steven Barrett表示:「這種全新的引擎可以讓飛機更安靜,機械構造更加簡單,並且在飛行時不會排放汙染物」。

離子引擎技術最直觀的優點就是可以大大的減少飛機發動機的組成部件,例如飛機兩側的螺旋槳。離子發動機推動飛機的動力來源於利用電場所製造的離子風,而傳統的螺旋槳發動機是利用旋轉的風扇將空氣向後吹以產生向前的推力使飛機加速。

麻省理工的團隊利用54節3.7伏特的鋰聚合物電池產生了200伏特的電壓,然後升壓到4萬伏特的高壓,進而產生使空氣電離的效果。在這麼強的電場中氮離子會向電源正極移動,而電離的氮氣分子又被吸引到負極。離子的定向移動會和其他分子相互碰撞從而產生「風」。

離子引擎不需要傳統的化石燃料所以也不會產生二氧化碳這類汙染物。在強電場的作用下離子的飛行速度會非常的快,但是加速的時間會非常的長。《火星救援》中赫爾墨斯號宇宙飛船在太空中需要經過漫長的數年的時間去加速,但是離子引擎的效率卻可以達到了傳統的火箭發動機效率的10倍以上。

目前的引擎技術還無法實現電影中所呈現的效果,在重力影響的地球上就更難了,目前引擎技術僅僅可以推動一個質量不超過2.5kg飛機飛行不超過2分鐘。目前離子引擎技術主要應用是解決無人機的噪音問題和研製更加高效的混合動力發動機。

NASA希望可以儘快使離子發動機變成現實。航天局正在和引擎製造公司Aerojet Rocketdyne研製名為霍爾推進器的離子引擎。但是由於引擎功率的限制,利用離子引擎去探索太空還有很長的路要走。

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