提要:
电动推动四肢化学火箭的更高效替代有斟酌,濒临着来自离子羽流反向散射对航天器形成毁伤的挑战。沟通东说念主员Cui和Wang的超等计算机模拟揭示了离子羽流中电子的行径,匡助将来的发动机联想以减少毁伤。这一推崇可能增强天外探索任务的寿命和后果。
正文:
一幅由电动推动提供能源的航天器的艺术印象图。(图片来源:NASA)
收货于新的超等计算机模拟,由电动推动提供能源的航天器可能很快能更好地挣扎本身的排气。
电动推动是传统化学火箭的更高效替代有斟酌,正越来越多地用于天外任务,来源在1998年和2003年分袂在NASA的深空1号(Deep Space 1)和欧洲航天局(European Space Agency,ESA)的SMART-1上进行原型测试,随后在NASA的清晨号(Dawn)和灵神星任务(Psyche missions)等旗舰科学任务中得到诈欺。以至有操办在NASA的月球流派(Lunar Gateway)空间站上使用电动推动。
电动推动的旨趣是电流使储存在航天器上的中性气体(如氙或氪)的原子电离(即去除一个电子)。电离历程产生离子和电子云。然后,霍尔效应(Hall effect)旨趣产生一个电场,加快离子和电子,并将它们指示成一个迥殊的蓝色羽流,从航天器中以普及60,000公里每小时的速率喷出。因此,电动推动系统也被称为离子发动机。
字据艾萨克·牛顿爵士(Sir Isaac Newton)的第三通晓定律,每一个作使劲齐有一个特地且相背的反作使劲。因此,从航天器喷出的离子羽流提供了推力。但是,由于离子羽流天然速率很快但相对稀疏,积存动量需要一段时间。产生的冲量不像化学火箭那样立即重大,但离子发动机需要的燃料更少,因此质地更小,镌汰了放射本钱,况且离子发动机不像化学火箭那样赶紧铺张燃料。
在NASA格伦沟通中心(Glenn Research Center)进行测试的先进电动推动系统。(图片来源:NASA/Jef Janis)
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电磁场的能量时常由太阳能电板板提供,因此该时间只怕被称为太阳能电动推动。但关于隔离太阳的任务,阳光较弱时,也不错使用放射性同位素热电发电机(radioisotope thermoelectric generators,彩娱乐RTGs)面目的核能来驱动电动推动。
尽管电动推动时间当今照旧熟识,并在各式任务中使用,但它并不是无缺的时间。一个越过的问题是离子羽流可能会损坏航天器。尽管羽流是指向探伤器外的,但羽流中的电子可能会被再行定向,逆着羽流的行进标的移动并撞击航天器,损坏太阳能电板板、通讯天线和其他显现的部件。不错说,这对探伤器是不利的。
“关于可能抓续多年的任务,[电动推动]推动器必须在万古期内牢固且一致地运行,”弗吉尼亚大学工程与诈欺科学学院(University of Virginia School of Engineering and Applied Science)的Chen Cui在一份声明中说。
在不错遴选秩序保护航天器免受这些反向散射电子的影响之前,必须来源了解它们在离子发动机羽流中的行径,这即是Cui和南加州大学(University of Southern California)的约瑟夫·王(Joseph Wang)所作念的责任。他们进行了离子发动机排气的超等计算机模拟,模拟电子的热力学行径过头怎样影响羽流的合座特质。
“这些粒子可能很小,但它们的通晓和能量在决定从电动推动器放射的羽流的宏不雅能源学中起注重要作用,”Cui说。
Cui和王发现,羽流中的电子行径因其温度和速率而异。
“电子就像装在管子里的弹珠,”崔说。“在光束里面,电子是热的,移动得很快。要是沿着光束标的走,它们的温度变化不大。但是,要是‘弹珠’从管子中间滚出来,它们就运行冷却。这种冷却在某个方朝上更彰着,即垂直于光束标的的标的。”
换句话说,光束中枢中移动最快的电子温度约莫恒定,但外部的电子冷却得更快,降速并移出光束,可能被反向散射并撞击航天器。
当今科学家们更好地连结了离子羽流中电子的行径彩娱乐邀请码,他们不错将其纳入未回电动推动发动机的联想中,寻找纵容反向散射的设施,大约可能将电子更多地纵容在光束的中枢。最终,这不错匡助由电动推动提供能源的任务飞得更远、更久,被其离子羽流的谦敬蓝色微风推动。