美国国家航空航天局（NASA）正将目光投向土星的卫星泰坦，计划研发一种新型球形“飞行机器人”（Aerobot）用于探索这颗神秘天体。泰坦被认为太阳系中与地球最为相似的天体之一，其表面布满了由甲烷、乙烷等碳氢化合物构成的河流、湖泊和海洋，还拥有独特的地下天坑和洞穴等“喀斯特”地貌。由于普通探测车在这样的地表环境中行动困难，飞行器被视为更理想的探索工具。
为推进这一探索计划，NASA“创新先进概念”（NIAC）计划近期批准了一项新的研究资助项目，旨在开发体积小巧的飞行器，专门用于泰坦洞穴的探测任务。该项目名为SPARK，全称为“用于喀斯特地貌自主侦察的固态推进系统”，由夏威夷大学马诺阿分校助理教授Daniel Drew负责。
Daniel Drew在接受媒体采访时表示，目前尚无法确定SPARK项目能否赶上NASA计划于2028年发射的“蜻蜓”（Dragonfly）任务。SPARK项目目前处于为期9个月的第一阶段研究，之后还需完成最长两年的第二阶段研究，才能进入发射准备阶段。如果“蜻蜓”任务出现延期，SPARK项目加入后期阶段的可能性将增加。不过，无论发射时间如何安排，SPARK项目的新型离子推进器都有望在泰坦的极端环境中发挥重要作用。
这种新型离子推进器采用电流体动力学（EHD）推进技术，具备持续飞行能力、高机动性以及在低温环境下的可靠性。其设计还能最小化下洗气流对泰坦表面具有科学价值的碳氢化合物分层结构的扰动。Daniel Drew希望SPARK项目能成为泰坦洞穴探索的先驱，就像火星上的“机智号”直升机一样。“机智号”最初设计仅完成几次飞行，但最终完成了72次飞行，远超预期目标。
Daniel Drew对EHD推进技术的研究始于他在加州大学伯克利分校读研究生期间。在美国国家科学基金会的支持下，他研究了多种飞行器设计，并逐渐对制造能够通过扇动翅膀飞行的仿生机器人产生兴趣。在研究过程中，他偶然接触到了业余爱好者组成的“升力器”社区，这些爱好者使用轻木、漆包线和铝箔制作三角形原型机，并通过高压变压器提供电力使其漂浮。进一步查阅资料后，Daniel Drew发现NASA和美国空军过去也曾开展过类似技术的研究。
巧合的是，NIAC当时也资助了麻省理工学院领导的一个研究团队，该团队正在探索如何利用EHD推进技术制造适用于地球环境的飞行器。这一发现让Daniel Drew意识到这一研究方向的潜力，并促使他继续深入研究。他发表了一系列论文，成功研发出由大气离子推进器驱动的厘米级微型飞行机器人，并实现了多项“首次”，包括让厘米级“离子飞行器”起飞并搭载有效载荷。
在获得NIAC资助之前，Daniel Drew的研究已取得显著进展。他最近发表的一篇论文介绍了首款采用离子推进的微型悬浮飞行器的设计和起飞过程，该论文发布在预印本平台arXiv上。尽管这些成果在学术领域具有重要意义，但Daniel Drew坦言，由于该领域研究人数较少，他几乎是在“独自赛跑”。
有了NIAC的支持，Daniel Drew希望进一步挖掘EHD推进技术的优势，例如其良好的可扩展性、几乎无声的运行特点以及简单的结构。由于属于固态推进系统，这种技术需要处理的零部件更少，未来可能应用于泰坦之外的领域，如全电动飞机、室内无人机和微型飞行器集群等。然而，他也指出，这项技术的效率较低，除非出现重大技术突破，否则在地球上的大多数应用场景中，难以与传统推进方式竞争。
由于第一阶段研究时间有限，Daniel Drew和他的合作伙伴计划迅速开展实验。团队成员包括来自NASA喷气推进实验室的Ethan Schaler和Jacob Izraelevitz，以及蓝色大理石空间科学研究所的Michael Malaska。他们将针对电力供应等关键因素对不同子系统进行“权衡研究”，确定优先投入资源的方向，并建立模型研究热效应对电力系统等部件的影响。
Daniel Drew强调，NIAC文化鼓励“站在巨人的肩膀上”，充分利用过去的研究成果和公开资料对于项目的成功至关重要。团队计划在研究结束时提交一份全面且公开的报告，为后续研究提供参考。
