解析未来宇航动力：离子发动机技术最新突破

加州JPL实验室小组采用新的磁场屏蔽法降低了电推发动机放电通道边壁的“侵蚀”效应，有利于电力驱动技术的普及。

 

 

美国宇航局JPL实验室测试“深空一号”离子推进器

 

　　据国外媒体报道，传统的火箭发动机以化学能燃烧为动力，科学家预计未来行星际航行的宇宙飞船需要配备跨时代的火箭引擎，一种被称为电火箭发动机的技术进入了人们的视野，采用电能加速工质产生高速喷射流驱动飞船前进。应用这种技术打造的动力系统也被称为霍尔推进器，其通过轴向电场产生喷射离子推进，与化学能火箭发动机最大的不同之处是利用电能来形成离子化的推进动力，在现有的空间探测器中，离子驱动技术已经成功用于姿态控制等操作。

　　电推发动机技术之所以没有普及，是因为放电通道壁存在“侵蚀”问题，位于加州理工学院的JPL实验室小组已经找到了一个方法可以有效地控制通道壁被离子轰击导致的“侵蚀”现象。当放电室中的电子与推进器原子发生碰撞时，就会在霍尔推进器中产生离子，在外加电磁场作用下形成向前的推力。磁场大多是垂直于放电通道的边壁上，而电场则平行于边壁，叠加之后可将离子加速至非常高的速度，即大于每小时7.2万千米，最后由尾喷口喷射出形成推力。

　　然而，放电室的一些离子对通道边壁可产生“侵蚀”效应，根据理论和数值模拟，研究小组设计了沿着边壁的磁场线分布，使之对等离子体的影响降至最小，将电场方向进行了修改，大大降低了加速离子过程对边壁的“侵蚀”。研究人员将其称为新的磁场屏蔽法，对真空状态的推力驱动装置进行部分修改，综合模拟和实验结果显示，可将加速离子的侵蚀程度减少100至1000倍，本项研究成果刊登在美国物理研究所《应用物理快报》上。