离子推进器原型打破测试记录,可以将人类发送到火星

 


 

在测试之前,Scott Hall对密西根大学的X3离子推进器进行了一些最终调整。

NASA

项目团队成员说 ,一项推动器正在为未来的美国航空航天局对火星的使命开发,在最近的测试中打破了几个记录,表明该技术在未来20年内将人类带到红色星球。

由美国空军和美国空军合作的密歇根大学的研究人员设计的X3推进器是一个霍尔推进器一种通过加速被称为离子的带电原子流来推动航天器的系统。根据密歇根大学研究小组和美国航天局的代表,在美国宇航局格伦研究中心近日进行的示范活动中,X3打破了迄今为止霍尔推进器实现的最大功率输出,推力和运行电流的记录。

我们已经表明,X3可以在超过100千瓦的功率下工作,领导这个项目的亚历克·加利莫尔在接受Space.com采访时说。Gallimore补充说:它在5 kW102 kW的功率范围内运行,电流高达260安培,产生5.4牛顿的推力,这是迄今为止任何等离子体推进器达到的最高推力水平。谁是密歇根大学工程系院长。根据学校的数据,前一纪录是3.3牛顿。

霍尔推进器和其他类型的离子发动机使用电力(通常由太阳能电池板产生)将等离子体气体状的带电粒子云喷出喷嘴,从而产生推力。根据NASA,这种技术可以推动飞船比化学推进火箭更快的速度。 

 
 

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这就是为什么研究人员对离子推进对长距离太空旅行的潜在应用感兴趣的原因。而化学火箭可以达到的最大速度约为5公里/秒,而霍尔推进器可以获得每秒40公里的工艺。 

离子发动机也被称为比化学动力火箭更有效率,其特点是加利莫尔所描述的更好的每加仑英里的比例。他说,一个霍尔推进器动力的航天器将使用比化学火箭更少的推进剂来获得火星的货物和宇航员。(用于离子推进器的普通推进剂是氙气;事实上,NASA的黎明宇宙飞船目前正在围绕着矮人行星Ceres的轨道运行。) 


 

X3离子推进器的正面射击以50千瓦发射,通过真空室中的翘曲镜观察。

NASA

与化学推进相比,您可以将电力推进力视为每加仑10倍的英里,加利莫尔告诉Space.com

然而,与离子推进器的权衡是,它们是非常低的推力,因此必须运行很长时间才能将航天器加速到高速,根据NASA。(此外,离子推进器的强度不足以克服地球的引力,所以不能用于发射航天器。)

化学推进系统可以产生数百万千瓦的功率,而现有的电力系统只能达到34千瓦,加利莫尔说。

他补充说,市售的霍尔推进器并没有足够强大的力量推动一名船员的火星飞船。  

我们需要人类探索是一个可以处理像五十万瓦(500千瓦)甚至百万瓦以上的系统,加利莫尔说。这就像传统电动推进系统的 20,30或甚至40倍。

这就是X3的进入。加利莫尔和他的团队正在通过使推进器比这些其他系统更大的方式解决电力问题,并开发出一种解决技术缺点的设计。 

Gallimore说:我们发现,与同型号的等离子体通道相比,等离子体产生的推进器耗尽了推力并产生推力,我们在同一个推进器中将有多个通道。我们称之为嵌套通道。

根据Gallimore的说法,使用三个通道允许工程师使X3比一个等效的单通道霍尔推进器必须要小得多,更紧凑。 


 

X3离子推进器的侧面射击在50千瓦。

NASA

密西根大学团队自2009年以来一直在与空军合作研究这项技术。首先,研究人员开发了一个双通道推力器,即X2,然后再转向更强大的X3,它有三个通道。 

20162月,该团队与加利福尼亚州的火箭制造商Aerojet Rocketdyne合作,该公司正在开发一种名为XR-100 的新型电力推进系统,用于美国航空航天局下一代探索伙伴关系技术(Next Space Technologies for Exploration Partnerships)或NextSTEP计划。X3推进器是XR-100系统的核心部分。 

斯科特霍尔博士 密西根大学在过去五年从事X3项目的学生表示,由于推动者的规模,这项工作颇具挑战性。 

这很重 – 500磅(227公斤),直径几乎是一米,霍尔说。大多数霍尔推进器是一两个人可以拿起实验室携带的东西,我们需要一台起重机来移动X3

明年,该团队将进行更大的测试,目的是证明推进器可以全功率运行100小时。Gallimore表示,工程师们还在设计一种特殊的磁屏蔽系统,其将使等离子体远离推进器的壁,以防止损坏并使推进器在更长的时间内可靠地运行。加利莫尔说,没有屏蔽,X3版本的飞机可能会在经过几千小时的操作后开始出现问题。根据Gallimore的说法,磁屏蔽版本可以运行多年。

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