NASA推出最強離子推進器,人類20年內登陸火星,馬斯克表示等不了

2020-11-23 失落代號

美國國家航天局與密西根大學合作,共同研發了一款名叫X3的離子推進器,這款離子推進器打破了最大功率和最大推力的記錄!

NASA這次推出的這款X3離子推進器,直徑80釐米,重230公斤,設計最大功率達200千瓦。之前,NASA的工程師在測試中打破了幾項離子推進器的記錄,產生的推力達5.4牛頓,打破了此前3.3牛頓的記。,運行電流為250安培,是原記錄112安培的兩倍多,並且以102千瓦的功率運行,稍高於此前的98千瓦。

離子推進器,也叫離子發動機,具有推力小、效率高、比衝高等特點,是空間電推技術的一種,廣泛應用於衛星、太空飛行器的飛行、變軌及位置保持等。其原理是先將氣態介質(最常用的是疝氣)電離,並在強電場作用下將離子加速噴出,以獲得反作用力作為動力,推動太空飛行器姿態或者軌道轉移。

雖然電推的推力很小,技術目前最強的離子推進器,也還不如一個兒童的力氣大,因此要靠電火箭將衛星帶離地面,是遠遠不夠的,還得靠使用化學推進劑的火箭。不過在太空中,幾乎沒有引力和主力的情況下,那就大大不同了。在太空中一個物體,你吹一口氣,都可能改變它運動軌跡。所以,包括離子推進器在內的電推進器,太空就是它們的主場。

相對噴射速度只有幾千米每秒的化學推進器,電推進器噴出速度可達15~80千米/秒,因此電推具有很高的比衝性能。所謂的比衝,就是發動機單位流量的燃料產生的推力,如果燃料流量為1千克/秒,產生的推力為1000千克,那麼比衝就是1000千克/(1千克/秒)=1000秒。因此,使用電推進器的太空飛行器,只要攜帶十分之一化學燃料的重量,就可以獲得一樣的衝量,而且太空飛行器還可以為「瘦身」。化學火箭最快以5公裡每秒的速度上升,而霍爾推進器的速度可達每秒40公裡,在時間上,使用電推進器太空飛行器也能節省很多時間。深空探索,登陸火星,電推進器是一個解決燃料問題的極好方案。

電推進器主要分成三大類,如下:

1、電熱式:其中電熱式主要是利用電弧加熱電離氣體,並且將其加速噴出,比衝為700~1000秒;

2、靜電式:靜電式則是利用柵極提取陽離子,然後利用加速電場將其加速,比衝為8500~20000秒;

3、電磁式:主要有霍爾推進器和磁等離子體推進器兩種。霍爾推進器是基於霍爾效應產生正交場放電形成等離子體,然後利用靜電場對離子加速而利用磁場約束電子運動。而磁等離子體推進器則是利用脈衝放電的方法使得推進劑電離然後利用洛倫茲力對其加速,電磁式推進器比衝為5000~25000秒。

電推技術最先提出的是現代火箭之父——美國的羅伯特·戈達德,他於1906年提出用電能加速帶電粒子產生推力的設想,並於1916年實驗成功。1960年後,美國和蘇聯在這個領域進行了大量的研究,並進行了多次空間實驗。但是美國和蘇聯走了不同兩條道路,美國是主攻離子推進器,而蘇聯則是偏向霍爾推進器(也叫穩態等離子推進器,與離子推進器原理一樣,都是靠電場對離子加速,但是結構上不一樣)。世界上第一個使用離子推進器的衛星,就是美國在1997年發射的「深空1號」探測器,而霍爾推進器1972年就被蘇聯應用到「流星-1」氣象衛星上。

90年代,美國看到霍爾傳感器的前景,在收羅一批蘇聯專家後,在這個領域一舉超越俄羅斯取得世界領先的地位。到目前為止,世界上已經有超過數百個太空飛行器使用電推技術了,包括我國在2012年就在實踐9號衛星上使用了離子推進器。

目前比較成熟的電推技術主要是靜電式和電磁式,美國波音公司和日本衛星主要採用靜電式推力器中的電子轟擊式離子推力器;美國蘿拉、洛馬和歐洲泰雷茲-阿萊尼亞、空客等公司主要採用霍爾推力器。

X3推進器取得突破後,有專家表示,在飛船上安裝3臺X3霍爾傳感器,就可以將人送到火星。X3項目負責人Alec Gallimore也表示,離子推進器只需十分之一的燃料,其航程就能與化學火箭相當,這將有望在20年內將人類送上火星。雖然這個速度還是很驚人的,不過對於spacex的馬斯克可能就不是這麼認為,馬斯克甚至認為18年內才將人送到火星他都是不能接受。他最初的計劃是2024年將人送到火星,不過目前看來,這個時間已經無法實現了。

前段時間我國霍爾推進器突破牛級後,媒體上一片歡呼,自媒體更是震驚美國,外國紛紛折服,彎道超車,改變太空規則,甚至還一騎絕塵,搞得不明就裡的讀者真以為我們世界第一了。其實,在電推研究領域,美國處於領先的地位,但是俄羅斯、日本、德國以及中國在世界上也處於先進行列,這是目前世界上這個領域的真實情況。

不盲目自大,也不要妄自菲薄,向著目標,低調前進。人生要取得成功,就像安裝了離子推進器的航天,默默的、孤獨的向著目標飛去,直到它達到目標,才會驚豔的展現於世人!

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