第四階段小型電動推進器Accion可以進入星際空間

宇宙飛船的電推力器越來越小，可能成為新的太空任務的關鍵。而且根據兩家新的太空科技公司第四階段和Accion系統，它們甚至可能會進入星際。傳統火箭依靠化學反應是一個偉大的方式來生成大量推力，但是非常沒有效率的時候產生推力攜帶推進劑，這就是為什麼發射一顆小衛星也需要一個巨大的多層火箭。多年來，科學家們一直在探索化學火箭的各種替代品。一種是電力推進，利用電力加速帶電推進劑遠離航天器，從而產生推力。

電力推進比化學火箭產生的推力要小得多，因為化學火箭太弱，無法從地球表面發射宇宙飛船。然而電力推進比化學火箭要高效得多，這使得它在每一個重量問題上都有潛在的用處，比如一旦傳統的火箭將其送入軌道，就可以使用航天器。發射公司將獲得大量資金，但一旦宇宙飛船進入太空，它們就需要能夠四處走動，在需要的時候探索太陽系的內外行星。

等離子體推進

電力推進器已經推動宇宙飛船幾十年了。例如20世紀70年代，蘇聯開始在衛星上安裝所謂的霍爾推進器。霍爾推進器利用電場和磁場將氣體中的中性原子(如氙)轉化為帶電粒子離子，然後利用電場加速離子云，即等離子體向外產生推力。這些推進器仍然是航天器上最常見的電子推進器。然而「霍爾推力器表現出了良好的性能，它們根植於六七十年代設計的技術，所以你最終會得到一個非常龐大的系統。現在，第四階段已經開發出「目前可用的最小的等離子推進系統，想要幫助每一顆行星、每一顆衛星、每一天都將宇宙飛船送入軌道。

四相等離子體推進器。這些小型推進器有一天可以為星際飛船提供動力。圖片：Phase Four

第四階段的推進器使用更小、更低電壓的元件來產生帶有無線電波的等離子體，而不是使用大型高壓電子設備來產生帶有電場和磁場的等離子體。就像微波爐使用微波來激發食物中的水分子一樣，我們也會使用手機或無線充電墊中的電子部件來產生無線電波，從而為等離子體提供能量，氙是最常用於電力推進的推進劑，但我們也在研究空氣或水。第四階段的推進器利用磁場將等離子體中的電子引導向外，要麼來自永磁體，要麼來自電磁鐵。離子在等離子體中跟隨電子向外，使等離子體產生一個整體的中性電荷。Halpern解釋說：以前的電推力器的一個缺點是，當等離子體發射到太空時，它們需要如何中和等離子體的電荷，否則宇宙飛船就會產生巨大危險的電荷。

通常容易隨著時間的推移而失效，因為它們需要浸入推進器的排氣羽流中。相比較而言，階段4的推進器產生的等離子體具有整體的中性電荷，因此既不需要中和它們的等離子體，也不需要攜帶容易失效的中和元件。今年5月第四階段宣布將推進器賣給美國宇航局，這樣NASA就可以測試他們的衛星推進能力，以及成像衛星公司Astro Digital在加州聖克拉拉的能力。政府和商業機構正在證實有人們想要的東西。Halpern在6月2日紐約哥倫比亞大學的私人空間科學研討會上描述了第四階段的工作。

電噴射推進器

另一種新型的電力推進技術是將體積較小的推進器用於航天器。波士頓Accion系統公司的創始人兼首席執行官Natalya Bailey說：我們的目標是利用我們的技術對其他星球進行殖民，也許還能探測到另一顆恆星。電推力器通常依靠儲存在體積龐大的加壓罐中的壓縮氣體，以及用來電離這些氣體的大室，以及輸送這些氣體的管道、閥門和泵。相反，Accion依靠的是一種含鹽的液體推進劑，這有助於大大減少推進器的尺寸和簡化設計。將傳統離子發動機的性能降低到小型衛星的大小和功率水平。Accion的晶元大小的推進器，每一個都被稱為平鋪式離子液體電噴霧推進器，依靠毛細管作用來幫助液體在其內部流動——這種作用迫使液體通過狹窄的管道流動，同樣的作用也可以幫助把水吸到樹上。

然後每塊瓷都使用電場來從推進劑中提取離子，並將它們從微小的噴嘴中輸送到光束中。Accion最初的目標是幫助哪怕是微小的衛星都能推動自己，從而修正它們在地球軌道上的位置。這可以幫助它們在軌道上停留更長時間，這樣衛星所有者就能從他們的錢中獲得更多的價值。正在為以前沒有的小型衛星打開任務類型。用於製造微晶元的方法可以用來幫助大規模製造Accion的推進器，這有助於降低成本。從長遠來看，之所以在這項技術上建立公司，是因為它是所有電力推進系統中規模最大的。Bailey說：Accion的推進器計劃於2019年在三艘宇宙飛船上飛行。第一艘宇宙飛船將是來自加州歐文高中的一個立方體衛星。將會越來越高的性能水平，並最終計划進入更大的衛星，然後進行星際任務。

博科園-科學科普｜ 文：Charles Q. Choi/Space

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