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    NASA披?#29420;?#23376;发动机新突破:有望?#36842;?#36865;人上火星

    类别:社会新闻发布人:联迪发布时间:2017-11-02

    据英国《每日?#26102;ā?#25253;道,日前,来自NASA和美国密歇根大学的工程师们公布了一个在离子发动机研发方面突?#23631;?#32426;录的测试,该离子发动机的设计初衷是让它?#36842;?#24102;人类登上火星。

    这款被称之为“霍尔?#24179;?#22120;”(Hall Thruster)的离子发动机是目前正在处于研发当中的三款“火星发动机”中的一款,它通过使用电场和磁场来离子化诸如氙气这样的气体,让它喷出离子,并进而产生出推动?#24179;?#22120;前进的?#23631;Α?

    相比传统的化学?#24179;?#21058;火箭,这项技术要更清洁、更安全,?#21058;?#21033;用?#23460;?#26356;高,但它的缺点是它所产生的?#23631;?#35201;相对小一些,加速度也小一些。

    “火星计划即将来临,我们已经知道霍尔?#24179;?#22120;在太空中能够运行得很好,”X3离子?#24179;?#22120;研发项目的首席工程师亚历克·加利莫尔(Alec Gallimore)这样说道。

    “无论是在?#21058;?#32463;济性方面,?#36842;?#29992;最少的能量和?#24179;?#21058;在一年半载内完成设备的运送,还是在速度方面,更快地将飞船机组人员运送至火星,霍尔?#24179;?#22120;都有待进一步的优化。”

    一些专家曾表示,霍尔?#24179;?#22120;能在几周而不是几年内,将人送到火星。

    在日前进行的几场测试中,X3离子?#24179;?#22120;打?#23631;?#19977;项此前由其它霍尔?#24179;?#22120;创下的纪录,这让?#36842;衷?#20154;火星计划的希望,又大了几分。

    此次主导X3离子?#24179;?#22120;研发的科学家包括密歇根大学航天航空工程教授历克·加利莫尔和密歇根大学航天航空工程学院的院长罗伯特·J·弗拉希奇(Robert J. Vlasic)。

    霍尔?#24179;?#22120;通过使用电场和磁场,非常快地加速少量?#24179;?#21058;(等离子体),形成等离子体射流,进而异常高效地提供太空飞船前进所需的?#23631;Α?#36825;一技术只需传统化学火箭运行所需?#21058;系?#19968;小部分,就可以将速度提升至最大。

    目前,摆在科学家们面前的最大挑战是如何让离子?#24179;?#22120;变得更强大。

    这个代号为“X3”的新一代霍尔?#24179;?#22120;是由来自密歇根大学、NASA和美国空军的科研人员们共同研发出的,它成功打?#23631;?#27492;前另一台霍尔?#24179;?#22120;所创下的纪录——它产生了5.4牛顿的?#23631;Γ?#32780;上一代所创下的纪录是3.3牛顿。

    ?#23631;ι系?#25552;升对载人火箭计划来说是至关重要的——这意味着更快的加速和更短的航行时间。

    X3还将此前运行电流的纪录翻了个倍(250安培vs 112安培),并略微提高了运行功率(102千瓦vs 98千瓦)。

    X3?#24179;?#22120;是目前正处于研?#39057;?#20013;的三种“火星发动机”中的一种,该项目受到了NASA?#25163;?

    来自密歇根大学航天航空工程学院的一名博士生斯科特·霍尔(Scott Hall)和一位名叫哈尼·卡马拉(Hani Kamhawi)的NASA科学家,在NASA格伦研究中心(Glenn Research Center)进行了这些测试。

    这几场实验让科研人员们五年多来的搭建、测试和改进工作迎来了高潮。

    专注于研发太阳能电?#24179;?#31995;统的NASA格伦研究中心,具备美国目前唯一一个能操作X3?#24179;?#22120;的真空实验室,这主要是因为X3?#24179;?#22120;产生的排气太过巨大,以致其它真空室的真空泵都无法承载得起,强行实验?#24149;埃琗3?#24179;?#22120;尾部喷出的疝气就会冲回等离子体羽流,让扰乱实验结果。

    鉴于目前任何承受台都无法承担X3?#24179;?#22120;的实验,霍尔博士还专门搭建了一个特?#39057;耐屏?#25215;受台,来承受X3?#24179;?#22120;500磅的重量以及它所产生出的?#23631;Α?

    “最重要的时刻是当你关上了真空室的?#29275;?#24182;抽空了里面的空气,?#34987;?#23572;这样评论道。“如果让我去预测?#24149;埃?#25105;觉得这个?#24179;?#22120;将成为将人类送上火星?#24149;?#30707;。”

    在经过20小时的抽空空气,完成太空环境的营造后,霍尔和卡马拉每天都会花上12个小时来测试这台X3?#24179;?#22120;。

    接下来,X3将被整合进洛克达因公司(Aerojet Rocketdyne)开发出来的电源系统。洛克达因是一家火箭和导弹?#24179;?#22120;制造商,它目前已经得到了NASA的授权,将主导该项工程?#24179;?#22120;系统的研发。

    在2018年春季的时候,霍尔预期将回到NASA格伦研究中心,在洛克达因公司电?#21019;?#29702;系统的配合下,对X3?#24179;?#22120;进行为期100小时的测试。

    因为X3离子?#24179;?#22120;相比传统化学火箭更节省?#21058;希琗3离子?#24179;?#22120;将成为探索火星、小行星和太阳系边缘地区的理想选择。

    目前,密歇根大学“探索合作下一代太空技术”项目(NextSTEP)的工程师们已经成功地造出了X3?#24179;?#22120;的原型机。这个离子发动机是洛克达因公司推出的XR-100?#24179;?#31995;统的一部分,在未来的10年里,它将驱使太空飞船飞行火星。

    在未来的3年里,将给洛克达因公司提供650万美元的?#24335;?#29992;于研发代号为XR-100的新型?#24179;?#31995;统。

    这个由亚历克·加利莫尔教授研制出的X3离子?#24179;?#22120;是这套XR-100系统的核心,加利莫尔所带领的?#24179;?#22120;研发团?#21491;?#27492;也将获得100万美元的奖励。

    这个XR-100系统正面临着两个另外两个?#24179;?#26041;案的激烈竞争。

    这三套方案?#23478;览?#20110;喷射等离子体——等离子是一种物质的能态,在这种状态下,电子和离子同时存在——从而推动?#24179;?#22120;的前进。

    X3离子?#24179;?#22120;的核心技术——霍尔?#24179;?#22120;——已经被用于操控?#39057;?#36712;道卫星的运行。

    “作为对照,目前在地球轨道运行的功?#39318;?#22823;?#24149;?#23572;?#24179;?#22120;的功率是4.5千瓦,”加利莫尔教授这样解释道。

    对一颗卫星的轨道或方向调整来说,这一个功率是足够用的,但对运输人类探索太空深处所需的大批货物来说,这一功?#35270;?#26174;得捉襟见肘了。

    霍尔?#24179;?#22120;的工作原理是通过加速等离子,让它以极高的速度向后喷射出去,从而给?#24179;?#22120;施加了一个前进的?#23631;Α?

    这一过程的开始是让电子绕着一个圆形通道流动。这趟旋转“旅行”从位于排气端的负极开始,到位于通道内侧的正极结束。在这一过程中,电?#29992;?#20250;“跑进”原子堆(通常是氙气)里,电子和原子的碰撞,会将疝原子钟的电子“撞走”,让氙原子变成带正电的粒子。

    这些电子的旋转运动同时也会生产一个强大的电场,将氙气离子从通道排气端中拉扯了出来。

    “当它们被离子化的时候,氙原子能以最高30000米每秒的速度射出,这相当于每小时65千米,”加利莫尔教授这样说道。

    X3离子?#24179;?#22120;拥有三个这样的通道,每个都只有几厘?#21672;睿?#23427;们以同心环的方式相互?#30701;祝?#36825;?#26234;短?#26041;式让这个霍尔?#24179;?#22120;能以200千瓦的功?#35797;?#34892;。

    在加利莫尔教授实验室工作的斯科特·霍尔博士将使用这笔NASA提供的?#24335;?#26469;对这台X3?#24179;?#22120;进行一系列的电池测试。

    首先,他将在密歇根大学的等离子体和电力?#24179;?#23454;验室(Plasmadynamics and Electric Propulsion Lab)将这台X3离子?#24179;?#22120;的运行功率提升至60千瓦,然后在NASA格伦研究中心继续将功率提升至200千瓦。

    与?#36865;?#26102;,另一位名叫莎拉·屈松(Sarah Cusson)的博士生将继续对X3进行进一步的改进,让X3目前仅为1年多一点儿的使用寿命,延长至现在的5到10倍。

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