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等离子体推进器有助无电极推进器研发

作者:admin    时间:2019-01-02

 

传统的航天推进技术是利用化学能将运载器送入预定空间轨道和实现航天器在轨机动的技术,主要是指液体和固体化学推进。从1926年美国人戈达德(Goddard R. H.)研制成以液氧/汽油为推进剂的液体火箭发动机至今,化学推进已经有近80年的发展历史,目前其理论体系和应用技术基本成熟,发射基地和地面测控系统等配套设施健全。化学推进最突出的特点是可以提供大推力,一直以来是航天领域使用最多的推进技术,而且在可预见的将来仍是重要的航天推进技术。

随着人类利用和探索宇宙空间的范围和深度大大拓展,各国竞相出台新太空政策,人类又掀起了新一轮以深空探测为标志的太空探索热潮,而传统的化学推进已经无法满足未来空间探索特别是深空探测的需要。它最主要的不足是能量密度低,目前单纯依靠化学推进来提高喷气速度加速航天器的方法,已经接近了极限。由于能量密度低,利用化学推进需要携带大量的燃料。目前液体和固体火箭发动机所携带的燃料,要占到总重量的90%以上,而有效载荷只占1%~1.5%,将1千克的载荷送入轨道的费用达上万美元。同时,现在的运载工具需要有2~3级火箭持续加速才能将航天器送入轨道,这样就导致了化学推进效费比低、系统可靠性降低等。化学推进需要消耗大量燃料,且不能将航天器加速到足够的速度,这是无法满足深空探测要求的。

据国外媒体报道,研究人员通过一系列新实验弄清了影响等离子体流动的因素,有助于无电极等离子体推进器的研发。我们知道,太空中的磁场线会在等离子体的影响下延伸,导致磁场增强;但实验室中的情况恰好相反,磁场强度不增反减。研究人员正以此为基础研制等离子体推进器。在开放磁场中,等离子体流动速度加快、从而推动飞船前进。

科学家已经找到了等离子体在产生推力的同时、还能使磁场向太空中延伸的过渡点,这有助于攻克该技术面临的一大挑战。

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  等离子体是一种由带电粒子构成的极高温气体,宇宙中几乎无所不在,且会受磁场等环境力的影响。日本东北大学的研究人员指出,等离子体在太空和实验室中的复杂表现说明,它可以产生与施加的磁场方向相反的磁场。两者的磁场线会互相排斥,就像两块同极相对的磁铁一样。

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科学家希望研制出等离子体推进器,为进入太空后的宇宙飞船和卫星提供动力。该技术可提供强大推力,同时电极不至于暴露在等离子体中,大大减少了损耗。

近年研制的等离子体推进器需要依靠磁喷管(简称MN),但该技术面临不少挑战。在实验室中,磁场为闭合状态,磁场线调头朝向宇宙飞船,导致等离子体也调转方向,使得总推力正负抵消、总和为零。

为解决这一问题,研究人员分析了磁场被延伸至无限长时的情况。凭借此做法,该团队观察到了介于两种等离子态之间、磁场线互斥并向外延伸的过渡阶段。

该团队发现,当他们在磁场下游区检测到磁场线延伸时,等离子体便处于上述过渡阶段。而如果发生在上游区,等离子体便仍会导致磁场线互斥。

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  研究结果不仅说明等离子体能够在产生推力的同时、使磁场向太空中延伸,而且延伸速度比此前预期的要慢。虽然相差不多,但研究人员认为,这已经是将等离子体与磁喷管分离的巨大进步。

  科学家希望研制出等离子体推进器,为进入太空后的宇宙飞船和卫星提供动力。该技术可提供强大推力,同时电极不至于暴露在等离子体中,大大减少了损耗。

文章来源:强国院;
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