近期，法國(guó)航天技術(shù)公司ThrustMe的Dmytro Rafalskyi和同事開(kāi)發(fā)了一種使用碘的電力推進(jìn)系統(tǒng)，并首次為衛(wèi)星提供動(dòng)力。其性能優(yōu)于傳統(tǒng)氙推進(jìn)劑，凸顯了碘在未來(lái)空間任務(wù)中的潛在用途。相關(guān)研究發(fā)表于《自然》。
航天器在太空中依靠推進(jìn)系統(tǒng)移動(dòng)、改變軌道或避免碰撞。推進(jìn)劑是推進(jìn)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分之一，是從航天器中排出以推動(dòng)其前進(jìn)的物質(zhì)。
目前，航天器的電力推進(jìn)系統(tǒng)主要使用氙作為推進(jìn)劑，但這種化學(xué)物質(zhì)不僅稀少，而且生產(chǎn)成本高。作為一種氣體時(shí)，氙氣必須高壓儲(chǔ)存，因此，需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備保存。
碘的原子質(zhì)量與氙相似，但含量較后者更為豐富，價(jià)格也更低。此外，碘還可在無(wú)壓力環(huán)境下以固態(tài)儲(chǔ)存，這意味著它有助于衛(wèi)星設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化。
碘電推進(jìn)系統(tǒng)通過(guò)加熱固體碘塊，將其轉(zhuǎn)化為氣體。這種氣體在高速電子的轟擊下，形成碘離子和自由電子。然后，帶負(fù)電的硬件將帶正電的碘離子加速至系統(tǒng)的排氣口排出，推動(dòng)航天器前進(jìn)。
研究小組在一顆20公斤重的小型立方體衛(wèi)星上對(duì)上述推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。該衛(wèi)星于2020年11月6日發(fā)射升空，并位于480公里高度的軌道上。截至2021年2月28日，研究小組在一系列小型試驗(yàn)中成功操作該系統(tǒng)11次。
研究小組發(fā)現(xiàn)，采用碘作為推進(jìn)劑的推進(jìn)系統(tǒng)，其性能略優(yōu)于氙作為推進(jìn)劑的推進(jìn)系統(tǒng)，具有更高的整體能源效率，這表明碘作為推進(jìn)劑是可行的。
“想要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性的太空探索，人類(lèi)就不能一直像今天這樣制造這么多的太空垃圾，我們需要在所有衛(wèi)星上安裝推進(jìn)系統(tǒng)。”Rafalskyi說(shuō)，這樣可以讓衛(wèi)星返回地球，而不是在壽命終結(jié)后繼續(xù)停留在軌道上。目前看來(lái)，碘作為推進(jìn)劑的推進(jìn)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的途徑之一。
但Rafalskyi指出，碘電推進(jìn)系統(tǒng)仍存在一些需要解決的問(wèn)題。例如，碘與大多數(shù)金屬會(huì)發(fā)生反應(yīng)，因此研究小組不得不使用陶瓷和聚合物來(lái)保護(hù)推進(jìn)系統(tǒng)的部件。此外，固體碘大約需要10分鐘才能轉(zhuǎn)化為等離子體，因此，當(dāng)航天器需要緊急制動(dòng)以避免發(fā)生在軌碰撞時(shí)，碘電推進(jìn)系統(tǒng)可能無(wú)法及時(shí)提供推進(jìn)劑。(徐銳)
關(guān)鍵詞： 碘動(dòng)力衛(wèi)星 在軌測(cè)試 電力推進(jìn)系統(tǒng) 衛(wèi)星
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