北京
導讀：IT之家 5 月 5 日消息，一款新型離子發動機已在實驗室完成測試，其動力性能達到了美國國家航空航天局（NASA）現役頂尖離子發動機的 25 倍。這項先進技術未來有望助力人類登陸火星。
離子發動機與傳統燃燒化學推進劑的推進器原理截然不同，其利用電磁場加速離子（帶電原子），使其從噴口噴射而出從而產生推力，因此也常被稱作“電力推進系統”。盡管離子發動機初始加速緩慢，但其推力能夠逐步累積，最終實現超高飛行速度；同時，其消耗的推進劑比化學火箭少 90%，既能減輕航天器自重，也能降低發射成本。目前，航天器上搭載的最強離子發動機，隸屬于 NASA 針對靈神星開展的靈神星任務。該發動機最高可將飛行器加速至每小時 12.4 萬英里（20 萬公里）。
NASA 局長賈里德?艾薩克曼在聲明中表示：“這是美國首次實現電力推進系統達到如此高的功率水平，峰值功率可達 120 千瓦。我們將持續進行戰略投入，為人類航天事業的下一次重大跨越積蓄力量。”
這類發動機常用的離子推進劑多為氙氣，不過科研人員一直在研發以金屬等離子體為工質的離子發動機。如今，一款名為鋰饋磁等離子體動力推進器（MPD）的新型離子發動機原型機，已圓滿通過首輪測試。
鋰饋磁等離子體動力推進器可產生強電流，電流與磁場相互作用，進而加速鋰離子。測試在 NASA 噴氣推進實驗室專屬的可冷凝金屬推進劑真空設施（COMET）中進行，該真空艙長 26 英尺（8 米）。2 月 24 日，這款原型機完成了 5 次點火測試，峰值功率達 120 千瓦，是靈神星任務離子發動機功率的 25 倍。
噴氣推進實驗室資深科研科學家詹姆斯?波爾克在聲明中稱：“過去數年里，我們潛心設計、研制這款推進器，都是在為這次首輪測試做準備。這一刻意義重大，我們不僅驗證了推進器的可行性，還成功達到了預設功率目標，同時也擁有了完善的測試平臺，為后續攻克大功率規模化應用難題奠定了基礎。”
自 20 世紀 90 年代“深空 1 號”探測器發射以來，波爾克便一直深耕離子發動機領域。如今，他瞄準了全新目標：計劃在未來數年內，將發動機功率提升至 500 千瓦至 1 兆瓦，遠期更是研發出最高供電功率達 4 兆瓦的離子加速發動機。屆時，載人航天器可搭載多臺此類離子發動機奔赴火星。
迄今為止，配備離子發動機的航天任務均依靠展開太陽能帆板獲取能源，但這種方式存在兩大短板：一是在遠離太陽的太陽系深空區域無法正常工作；二是若不搭載超大型太陽能帆板，發電功率會受到極大限制。
正因如此，NASA 目前正在推進一項名為太空反應堆 1 號?自由號的太空核推進項目。該項目計劃在航天任務中搭載小型核裂變反應堆，為離子發動機供給更多能源。按計劃，太空反應堆 1 號?自由號有望在 2028 年底發射，將一支由多架微型旋翼飛行器組成的編隊送往火星，該飛行器編隊統稱為“天隕”。
據IT之家了解，太空反應堆 1 號?自由號初期將采用常規氙燃料離子發動機，而長遠目標是將太空核能與鋰饋磁等離子體動力推進器技術相結合，以此支撐首批宇航員登陸火星。
離子發動機自 20 世紀 60 年代起便已應用于航天任務，但直到 1998 年 NASA 發射“深空 1 號”探測器，這項技術才首次突破地球軌道開展深空探測。此后，采用離子發動機的航天任務層出不窮，包括 NASA 造訪谷神星與灶神星的黎明號任務、日本隼鳥 2 號小行星采樣返回任務、NASA 撞擊迪莫弗斯小行星的 DART 任務，以及歐洲空間局奔赴月球的 SMART-1 任務、正在奔赴水星的貝皮?科倫布任務。
如今，隨著核推進技術與新型鋰饋磁等離子體動力推進器的迭代發展，離子發動機技術或將迎來又一次劃時代的飛躍。
來源：IT之家
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