九乡新闻网讨鬼传极蠕动泥土:等离子火箭：星际旅行新希望
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/10/05 22:44:20
从地球到火星，传统的液体火箭需要250天，而等离子火箭能把这段旅途缩短至一个多月
“化学火箭是登天路上的死胡同。”30年前，有1/4华人血统的张福林（Franklin R. Chang Diaz）还在麻省理工大学攻读等离子物理学博士学位时就这么认为。到了2009年6月，作为前航天员兼物理学家，Ad Astra火箭公司创始人、首席设计师，张福林带领着团队成功测试了VASIMR的第一节引擎后，对这一观点更加坚定。
VASIMR，全功率可变比冲的磁等离子体火箭（Variable-specific-impulse magnetoplasma rocket），尽管离最终完善仍有距离，但已经在航天界引起了巨大反响。
因为，当它真正诞生，登陆火星的时间将会从250天缩短为39天。
化学火箭的发动机“吃得多，干活的效率却不高”，火箭的大部分燃料被用来摆脱地球引力，剩余的一点则被用来推动火箭的“太空滑行”。火箭飞往目的地，仅仅是依靠惯性。对于星际飞行来说，这种引擎显然力不从心。
等离子发动机，或者俗称的“离子推进器”采取了一种和化学火箭完全不同的设计思路。它使用洛伦兹力（运动电荷在磁场中所受到的力）让带电原子或离子加速通过磁场，来反向驱动航天器。
“等离子火箭在一定时间内提供的推力相对较少，然而一旦进入太空，它们就会像有顺风助阵的帆船，逐渐加速飞行，直至速度超过化学火箭。”张福林说。
实际上，迄今已有多个太空探测任务采用等离子发动机，如美国宇航局探测小行星的“黎明号”（Dawn）探测器和日本探测彗星的“隼鸟号”（Hayabusa）探测器，而欧洲空间局撞击月球的SMART-1探测器的目的之一，就是验证如何利用离子推进技术把未来的探测器送入绕水星运行的轨道。
这些已经实用的离子发动机都很迷你，多属于辅助发动机，推力和加速度都很小，但一旦进入太空，这些缺陷都能弥补。优越的比冲量，也就是能用更少的燃料提供更多的动力，使它最终能把传统的化学火箭远远抛在身后。
“1998年发射的深空1号（Deep Space 1），由德尔塔火箭送上太空，然后由离子发动机推动。它的离子发动机产生0.09牛顿的推力，比冲量相当于液体火箭的10倍。在发动机全速运转的情况下，每过一天时速就增加25~32千米。它最终的工作时间超过14000小时，超过了此前所有传统火箭发动机工作时间的总和。”张福林介绍道。
正是这一原因，使等离子发动机成为航天界的新宠。等离子发动机中的新秀VASIMR被美国航空航天研究所（AIAA）列为2009年十大航天新兴项目。
离上天只差一步
VASIMR能同时具有化学火箭发动机和离子发动机的能力。
传统化学火箭发动机拥有高推力、低比冲，离子发动机则是低推力、高比冲。而VASIMR，它能在高推力、低比冲和低推力、高比冲之间实现自由转换，在这两者之间调整参数，所以被称作“可变比冲”——比冲在3000~30000秒之间随意转换，也就是喷射等离子的速度在30~300千米/秒，能量转换效率高达67%。
张福林说：“用它飞到火星只需39 天，这样能节省大量的燃料、食物、水、空气，宇航员也能摆脱长时间的宇宙射线辐射。”
“VASIMR最终将是一个核电火箭发动机。”张福林认为，因为目前最好的动力来源就是核反应堆。等离子发动机需要超长的持续电力供应，用核裂变反应堆为 VASIMR提供电力，能很轻松地将人们带到火星。
2012年，Ad Astra的VASIMR原型（使用太阳能发电，而不是核能）将被带到国际空间站，一名宇航员将在太空行走中安装这台200千瓦的发动机。如果一切顺利，用5牛顿的推力，就能让国际空间站实现变轨。试验成功与否，将暗示着VASIMR能否为NASA（美国航空航天局）画出下一个十年计划的美好前景——轻松将人员或货物送上月球，或者火星。