ESA試驗新型電離子推進器 有望讓衛星在稀薄空氣中長期運行

儘管離子推進器是未來航天器的一種很有前途的推進方法，其工作壽命卻受其所能攜帶的推進劑數量所限。不過現在，歐洲宇航局（ESA）的科學家們已經試驗了一種新型的「吸氣式電推進器」。它能夠在稀薄的空氣中運行，有望讓衛星在天空中更長久的運行、以及減少阻力。其基於霍爾推進器而設計，即利用電場和磁場來電離氣體（通常為氙氣），然後將這些粒子噴射出來，以產生推力。

在氙推進劑上運行時，引擎羽流呈現一種亮藍色。

與傳統火箭相比，這種推進方式在清潔、安全、燃油效率上都要更高，缺點就是產生的推力和加速度並沒有那麼強大。當然，它更擅長的是長期、緩慢的點火推進應用。

在航天器飛往遙遠目的地的時候，續航耗費大量的時間。如果採用電推方案，它就可以在幾個月、甚至數年的時間裡持續加速。早前，NASA 剛剛測試了有史以來最強大的離子推進器之一。

在真空室中等待測試的全新吸氣式推進器原型

打破了多項記錄的NASA X3離子推進器，有朝一日可能帶著人類去火星。不過這項技術也適用於近地空間，畢竟一旦進入軌道，衛星就不需要太瘋狂的推力，而是保持長期的穩定。

ESA 的重力場和穩態衛星（GOCE）即基於一台電推進器（有四年歷史），不過 2013 年末的時候，它在機載推進劑耗盡之前，於重新進入大氣層時被燒毀。

吸氣式電推進器工作原理圖解

在新設計中，團隊主要想搞定一個問題 —— 不是攜帶有限的燃料，而是從周邊稀薄的空氣中汲取來源。吸入之後，空氣分子會被壓縮、熱化、電離（賦予一個電荷），然後被加速噴射出來（以提供推力）。

用於本次測試的一套完整系統

ESA 研究員 Louis Walpot 表示：「項目從一種在海拔 200 公里（124 英里）的地球上層大氣中汲取空氣分子作為推進劑的新穎設計著手，其典型速度為 7.8 公里/秒（4.8 英里/秒）」。

搭載電推進器的新式衛星的概念想像圖

這種類型的吸入式電推進器有望讓衛星在軌道上工作更長的時間，但這並不是它的唯一優勢。GOCE 攜帶了 40 公斤（88 磅）的氙推進劑，鑒於重量對航天器的影響很大，所以放棄這點會很有價值。

老式衛星配備了一種複雜的降低空氣阻力的系統，但新式的推進器完全不需要這種。經過廣泛的模擬計算，研究小組在真空室中建造了一個模型，並且模擬了海拔 200 公里（124 英里）的環境。

在真空測試中被點燃的電推進器

首次「點火」測試採用了可靠的氙推進劑，輸入的空氣分子被一個粒子流發生器衝撞到該裝置上，以確保推進器能夠重複點火。達成之後，團隊又換了一種氮氧空氣混合物。

淡紫色表明該引擎運行於空氣分子環境下

Walpot 表示：「當看到引擎羽流的顏色從藍色變成淡紫色時，我們就知道已經取得了成功。最後，為了驗證這個概念的可行性，系統僅採用了大氣推進劑來反覆點火」。

[編譯自：New Atlas, 來源：ESA]

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