在航天推进技术领域,一项突破性成果引发广泛关注。一款新型离子发动机原型机在实验室测试中表现惊艳,其动力性能达到美国国家航空航天局(NASA)现役顶尖离子发动机的25倍,为人类探索宇宙的征程注入新动力。
离子发动机与传统化学推进器的工作原理大相径庭。它借助电磁场加速带电原子(离子),让离子从喷口高速喷出产生推力,因此也被称为“电力推进系统”。虽然离子发动机初始加速较为缓慢,但推力能够持续累积,最终助力航天器实现超高飞行速度。而且,它消耗的推进剂比化学火箭少90%,既能减轻航天器自身重量,又能降低发射成本。目前,NASA针对灵神星开展的灵神星任务中,航天器搭载的最强离子发动机最高可将飞行器加速至每小时20万公里。
此次取得重大突破的是锂馈磁等离子体动力推进器(MPD)。这类发动机可产生强电流,电流与磁场相互作用加速锂离子。2月24日,在NASA喷气推进实验室专属的可冷凝金属推进剂真空设施(COMET)中,这款原型机完成了5次点火测试。该真空舱长8米,测试中原型机峰值功率达120千瓦,是灵神星任务离子发动机功率的25倍。NASA局长贾里德・艾萨克曼表示,这是美国首次实现电力推进系统达到如此高的功率水平,NASA将持续投入战略资源,推动人类航天事业迈向新高度。
喷气推进实验室资深科研科学家詹姆斯・波尔克在声明中难掩兴奋之情。他称过去数年团队潜心设计、研制这款推进器,就是为了此次首轮测试。如今不仅验证了推进器的可行性,成功达到预设功率目标,还拥有了完善的测试平台,为后续攻克大功率规模化应用难题奠定了坚实基础。自20世纪90年代“深空1号”探测器发射以来,波尔克便一直投身于离子发动机领域的研究。如今,他有了全新目标:计划在未来数年内将发动机功率提升至500千瓦至1兆瓦,远期更是要研发出最高供电功率达4兆瓦的离子加速发动机,让载人航天器搭载多台此类离子发动机奔赴火星。
然而,离子发动机的发展并非一帆风顺。迄今为止,配备离子发动机的航天任务大多依靠展开太阳能帆板获取能源,但这种方式存在明显短板。在远离太阳的太阳系深空区域,太阳能帆板无法正常工作;若不搭载超大型太阳能帆板,发电功率又会受到极大限制。为解决这一问题,NASA正在推进太空反应堆1号・自由号的太空核推进项目。该项目计划在航天任务中搭载小型核裂变反应堆,为离子发动机提供更多能源。按计划,太空反应堆1号・自由号有望在2028年底发射,将一支由多架微型旋翼飞行器组成的编队“天陨”送往火星。
据了解,太空反应堆1号・自由号初期将采用常规氙燃料离子发动机,长远目标是将太空核能与锂馈磁等离子体动力推进器技术相结合,为首批宇航员登陆火星提供有力支撑。离子发动机自20世纪60年代起就已应用于航天任务,但直到1998年NASA发射“深空1号”探测器,这项技术才首次突破地球轨道开展深空探测。此后,采用离子发动机的航天任务不断涌现,包括NASA的黎明号任务、日本的隼鸟2号小行星采样返回任务、NASA的DART任务,以及欧洲空间局的SMART - 1任务、贝皮・科伦布任务等。随着核推进技术与新型锂馈磁等离子体动力推进器的不断发展,离子发动机技术有望迎来新的飞跃。





