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NASA披露离子发动机新突破 有望实现送人上火星

发布时间:2017-12-30

  美国国家航空航天局揭示了离子发动机在火星上的新突破

  网易科技讯11月2日消息,据英国“每日邮报”报道,日前,美国宇航局和美国密歇根大学的工程师们共同发布了一项测试,该测试打破了离子引擎开发的基础,让它把人类带到火星上。被称为“霍尔推进器”的离子引擎,是目前正在开发的三种“火花引擎”之一,它通过使用电场和磁场电离电离氙气等材料,让它释放离子,然后产生推力螺旋桨向前。与传统的化学推进剂火箭相比,该技术更清洁,更安全,更省油,但缺点是推力小,加速度小。 “火星计划即将到来,我们已经知道霍尔螺旋桨在太空中能够很好地工作,”X3离子推力器研发项目的首席工程师Alec Gallimore说。 “无论是在燃油经济性方面,一年半内以最少量的能源和推进剂交付设备,还是更快的交付航天器船员到火星,霍尔推进器都在等待进一步的优化。霍尔的推进器可以在数周而不是几年的时间内将人员送到火星上,在几天前的几次测试中,X3离子推力器捣毁了其他霍尔推进器先前设置的三个记录,这是实现载人火星的希望的一大部分参与开发X3离子推进器的科学家包括密歇根大学航天工程教授Rex Gary Moore和密歇根大学航空航天工程学院院长Robert J. Vlasic。少量的推进剂(等离子体)通过使用电场和磁场来产生等离子体射流,这反过来又提供了航天器去战争所需的异常有效的推力d。有了这项技术,运行传统化学火箭所需的燃料的一小部分可以最大限度地提高速度。目前,科学家面临的最大挑战是如何使离子推力器更加强大。由密西根大学,美国宇航局和美国空军的科学家联合研制的代号为“X3”的新一代霍尔推进器,成功打破了另一个霍尔推力器的前一纪录 - 它产生了5.4牛顿的推力与上一代3.3牛顿的纪录。推力举升对于载人火箭计划至关重要 - 这意味着更快的加速和更短的航行时间。 X3还增加了之前的运行电流记录(250安培和112安培)和稍微增加的运行功率(102千瓦比98千瓦)。 X3推进器是目前正在开发的三个“火星引擎”之一,由NASA资助。斯科特·霍尔博士密西根大学航空航天工程系的学生和美国宇航局的一位名为Hani Kamhawi的科学家,在美国宇航局格伦研究中心工作)进行了这些试验,这些试验让研究人员建立,测试和改进五年以上迎来了高潮。专门从事太阳能推进系统开发的美国宇航局格伦研究中心拥有美国唯一一个可以操作X3推进器的真空实验室,主要是因为X3推进器的废气非常大,以至于其他真空室承受不起,如果被迫做实验,X3螺旋桨尾疝会被冲回血浆羽毛,所以打乱了实验结果,鉴于任何一个支架都无法支撑X3推力器,霍尔博士也建造了一个特殊的推力支架,以承受X3推力器的重量和推力产生的压力。“最重要的时刻是当你关闭真空室的门,一边,“霍尔评论说。 “如果你让我预测,我认为这个推进器将是人类送到火星的基石。”霍尔和卡马拉花了12%的一天,经过20个小时的空气完成空间环境测试这个X3推力器一个小时。接下来,X3将被整合到由Aerojet Rocketdyne开发的动力系统中。洛克希德是火箭和导弹推进器的制造商,现在被美国宇航局授权引领这一推进系统的研究和发展。在2018年春天,霍尔预计将回到美国宇航局格伦研究中心,与洛克哈特公司的动力处理系统合作,对X3推进器进行100小时的测试,因为X3离子推力器比传统的燃料节省更多的燃料化学火箭,X3离子推进器将是探索火星,小行星和太阳系边缘的理想选择。密歇根大学NextSTEP项目的工程师现在已经成功地创造了X3推进原型。该离子发动机是洛克希德公司XR-100推进系统的一部分,将在未来10年推动飞船飞往火星,未来三年,洛克希德将提供650万美元用于开发代号为XR的新推进系统-100。由Alec Gary Moore教授开发的X3离子推进器是XR-100系统的核心,由Gary Moore领导的螺旋桨研究和开发团队将获得100万美元的奖励。面临来自另外两种推进方案的激烈竞争,这三种解决方案都依赖于喷射等离子体 - 电子和离子共存的物质状态 - 推动螺旋桨向前推进X3离子推进器 - 霍尔推进器的核心技术已被使用来操纵轨道卫星“,相比之下,目前在地球轨道上运行的最强大的霍尔推进器的功率为4.5千瓦,”加里·摩尔教授解释说,这个功率足够卫星的轨道或航向调整,但是我在深空运输大量的人类探索所需的货物,需要一点能量。霍尔螺旋桨的工作原理是加速等离子,使其以极高的速度喷回,使推进器产生向前的推力。这个过程的开始是让电子绕着一个圆形的通道流动。这种自旋“行驶”从排气侧的负极开始,到隧道内的正极终止。在这个过程中,电子“碰到”电子和原子碰撞的原子堆栈(通常是疝气),“敲打”疝原子钟中的电子,并将疝气原子转化为带正电的粒子。这些电子的旋转运动也产生强大的电场,将疝气离开通道的排气端。加里·摩尔(Gary Moore)教授说:“当它们被电离时,疝气原子可以以每秒30000米的速度发射,相当于每小时10万公里。 X3离子推进器有三个这样的通道,每个通道深几厘米,它们嵌套在同心环中,使霍尔推进器能够运行在200千瓦。在加里莫尔实验室工作的斯科特·霍尔博士将利用美国宇航局的资金对X3推进器进行一系列的电池测试。首先,他将在密歇根大学的Plasmadynamics和电力推进实验室将X3离子推进器的运行能力提高到60千瓦,并将继续增加到NASA格伦研究中心千瓦的功率,同时还有另一位博士名为Sarah Cusson的学生将继续对X3进行进一步的改进,使X3的使用寿命延长一年多,延长目前的5到10倍。 (停水)

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2017-12-30

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