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空气呼吸推进器为地球和火星上永无止境的太空任务铺平了道路

  空气呼吸推进器为地球和火星上永无止境的太空任务铺平了道路作者:Tereza Pultarova,Space.com贡献者

   2018年3月23日美国东部时间下午12:45 0 0 更多合作伙伴系列空气呼吸推进器为地球和火星上永无止境的太空任务铺平了道路一个吸气式离子推进器可以从高层大气中汲取稀少的空气分子,用作推进剂,让卫星在地球周围保持很低的轨道。图片来源:ESA / Sitael 欧洲航天局(ESA)首次测试了一种新型的吸气式电动推进器,该推进器可以使近地轨道卫星几乎无限期地停留在太空中。ESA官员表示,推进器旨在收集大气分子并使用它们代替船上推进剂,也可以使未来的火星探测变得更容易。卫星需要推进来保持其位置或在太空中移动。传统上,卫星使用类似火箭的化学推进,但电动推进器由于其更高的效率而变得越来越流行。然而,目前的电力推进系统仍然需要使用推进剂,例如氙,因此它们的任务长度受到它们可以携带多少推进剂的限制。由于重量限制,卫星只能携带有限的数量。在接近地球的轨道上,在几百公里(约125英里)的范围内,以更高的速率消耗它,因为它们需要补偿大气阻力,使它们减速并拉向地球。使用ESA新系统的卫星不会携带自己的推进剂,而是从地球大气顶部掠过空气分子。压缩时分子变成等离子体。然后使用电场来加速等离子体流以为卫星提供推力。广告 [ 从太空拍摄的地球多彩大气层 ] “在不使用随身推进剂的情况下提供大气阻力补偿,这种电力推进将让卫星在地球周围非常低的高度环绕轨道运行很长时间,”欧洲航天局领导该项目的路易斯·沃尔波特告诉Space.com在电子邮件中。 “通常他们的轨道会迅速衰减,他们会重新进入大气层,”沃尔波特说。 ESA与推进器一起测试了一种创新的收集器,该收集器以大约每秒4.9英里(每秒7.8千米)的惊人轨道速度撞击推进器时捕获进入的空气。收集器从空气中剥离氮和氧分子,并将它们转化为燃料。正是这个收集器使该系统成为同类系统中的第一个,展示了一个吸气式推进器如何在轨道上运行。 “收集器的这种设计具有挑战性,因为空气分子往往会再次反弹,而不是保留并压缩到它们变成等离子体的位置,能够通过电场加速,”Walpot说。“收集器加推进器设计本质上是完全被动的 - 由于航天器在绕地球运行时的速度,空气进入收集器。它所需要的只是电能来压缩压缩空气。” 由吸气式电动推进器推动的卫星。由吸气式电动推进器推动的卫星。图片来源:ESA / Sitael 他说,电力很容易从太阳能电池板中获得。 Walpot表示,该系统还可以在火星大气的外缘工作,收集构成红色星球大气的二氧化碳分子,而不是地球的氮和氧。 “这当然比地球的大气密度低一百倍,因此任何这种吸气式太空船都会飞得更低 - 大约120-180公里,”沃尔波特说。 ESA通过其技术研究计划为推进器的发展提供资金,并于2015年与波兰的QuinteScience公司和意大利的Sitael公司合作开展该项目。根据声明,研究人员在意大利的真空室中测试了这项技术,模拟了200公里(120英里)高度的环境。原型吸气式推进器和压缩机的测试装置,在真空室内可见。原型吸气式推进器和压缩机的测试装置,在真空室内可见。图片来源:ESA / Sitael 该机构现在计划将该技术扩展到更现实的飞行配置。 “这将提高技术准备水平,”Walpot说。“努力将开始考虑技术的潜在应用,未来的任务将适合它。” 他说,吸气式推进器的工作高度可达160公里(100英里),因为它只能在真空或接近真空的环境下工作。相比之下,ESA的重力场和稳态海洋环流探测器(GOCE)绕约250公里(150英里)的轨道运行。GOCE使用类似的电动推进器使自己保持在轨道上,但其推进器依赖于推进剂氙。该任务在四年零七个月后耗尽燃料,之后航天器坠入大气层。使用空气作为推进剂“为新任务开辟了近地空间,可用于高分辨率成像,甚至用于研究大气层顶部不断变化的条件,”Walpot说。

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