NASA表示,下一代離子發動機將會非常強大

知新了了 2024-04-28 10:23:16

在太空競賽期間,美國和蘇聯的科學家都研究了離子推進的概念。像許多早期太空時代的提議一樣,這個概念最初是由康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基和赫爾曼·奧伯特等名人探索的,他們是兩位“火箭技術的先驅”。從那時起,這項技術已經被深空1號(DS-1)技術演示器、歐洲航天局的Smart-1月球軌道器、JAXA的隼鳥號和隼鳥2號衛星以及美國宇航局的黎明號任務等任務反複驗證。

展望太空探索的未來,美國宇航局格倫研究中心(GRC)的研究人員一直在忙于開發一種結合了極高燃油效率和高加速的下一代離子發動機。這些努力導致了NASA-H71M亞千瓦霍爾效應推進器,這是一種小型航天器電力推進(SSEP)系統,將使新型行星科學任務成爲可能。在空間物流等商業合作夥伴的幫助下,這種推進器還將用于延長已在軌道上的航天器的壽命。

空間探索和商業空間得益于小型航天器和小衛星的發展。這些任務因其成本效益而引人注目,因爲它們需要較少的推進劑發射,可以在規則模型中部署,並利用拼車空間。同樣,低地球軌道(LEO)上小型衛星星座的激增,使得低功率霍爾效應推進器成爲當今太空中最常見的電力推進系統。這些系統以其燃油效率而聞名,允許多年的軌道機動,修正和避免碰撞。

然而,小型航天器將需要能夠執行具有挑戰性的推進機動,如實現逃逸速度、軌道捕獲和其他需要顯著加速度的機動(Delta-v)。執行這些機動所需的推力 —— 8公裏/秒(約5英裏/秒)的Delta-v —— 超出了當前和商用推進技術的能力。此外,低成本的商用電力推進系統的壽命有限,通常只能處理小型航天器推進劑質量的10%左右。

同樣,由于運載能力過剩的火箭(使拼車計劃成爲可能),二級航天器正變得越來越普遍。不過,這些通常僅限于與主要任務軌迹一致的科學目標。此外,次要任務通常在高速飛行期間收集數據的時間有限。我們需要的是一種電力推進系統,它需要低功率(亞千瓦),並且整個過程中都有高推進劑 —— 這意味著它能夠在其使用壽命中使用大量推進劑。

爲了滿足這一需求,NASA格倫中心的工程師們正在采用過去十年開發的許多先進的大功率太陽能電力推進(SEP)元件,並將其小型化。這些元件是作爲美國宇航局月球到火星任務架構的一部分而開發的,其應用包括月球門戶的動力和推進元件(PPE)。SEP系統也是深空運輸(DST)設計的一部分,該運輸工具將在2040年前執行首次載人火星任務。然而,NASA-H71M系統預計將對小型航天器産生重大影響,擴大任務範圍和持續時間。

根據美國宇航局的說法,使用NASA-H71M系統的任務可以運行15000小時,並處理超過30%的小型航天器初始質量的推進劑。該系統可以增加次級航天器的覆蓋範圍,使它們能夠偏離主要任務的軌道,探索更廣泛的科學目標。通過允許航天器減速並進行軌道插入,這項技術可以增加任務持續時間和研究物體的時間。

這也超出了大多數商業低軌道任務的需求,相關成本通常高于商業任務所要求的成本。因此,美國宇航局繼續尋求與商業開發商合作,開發更雄心勃勃的小型商業航天器。其中一個合作夥伴是SpaceLogistics公司,該公司是諾斯羅普·格魯曼公司的全資子公司,利用其專有的任務擴展飛行器(MEV)爲地球同步衛星運營商提供在軌衛星服務。

該運載工具依靠諾斯羅普·格魯曼公司基于NASA-H71M設計的NGHT-1X霍爾效應推進器。這種推進能力將允許MEV到達地球同步地球軌道(GEO)的衛星,在那裏它將與客戶的衛星對接,將其壽命延長至少6年。根據太空法案協議(SAA),諾斯羅普·格魯曼公司正在美國國家航空航天局格倫真空設施11進行長時間磨損測試(LDWT)。前三艘MEP航天器預計將于2025年發射,並延長三顆GEO通信衛星的壽命。

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知新了了

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