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詳細(xì)內(nèi)容

等離子體火箭將是未來(lái)深空探測(cè)的利器


騰訊太空訊 據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,50年前,人類(lèi)首次登上月球,如今,人們將目光又投向了火星,希望能將人類(lèi)送上火星。從地球到月球只需3天,而火星之旅則需花費(fèi)幾近一年,另外,整個(gè)航程需要更多燃料。那么,我們?cè)撊绾螌⑷祟?lèi)送上比月球更遠(yuǎn)100倍的火星。土星-阿波羅兩個(gè)火箭加起來(lái)能搭載的質(zhì)量只約等于一個(gè)貨運(yùn)火車(chē)廂所能裝載的質(zhì)量,想要在火星上建造一所房子,得用十幾個(gè)這樣的火箭運(yùn)輸材料。遺憾的是,目前使用化學(xué)燃料來(lái)發(fā)射火箭的方式還無(wú)法被取代,因?yàn)橹挥心芰烤薮蟮幕瘜W(xué)反應(yīng)才能產(chǎn)生足夠的推動(dòng)力克服地球引力。


不過(guò),一旦到了太空中,一種新型的火箭技術(shù)便能發(fā)揮作用:等離子火箭。等離子火箭是一種能將燃料轉(zhuǎn)化成帶電粒子的新型技術(shù),相比于傳統(tǒng)的化學(xué)火箭,等離子火箭總計(jì)大約可以節(jié)省90%的燃料使用。也就是說(shuō),在相同質(zhì)量燃料下,等離子火箭可以搭載的貨物質(zhì)量是傳統(tǒng)的10倍。等離子火箭的一個(gè)主要缺點(diǎn)在于低推力。火箭通過(guò)將電能輸入氣體燃料產(chǎn)生等離子體,將電子從正離子中剝離,隨后離子從火箭尾部射出,推動(dòng)探測(cè)器向前進(jìn)。遺憾的是,這些等離子體所做的不僅僅是推動(dòng)探測(cè)器,它會(huì)摧毀任何與它有接觸的物質(zhì)。

帶負(fù)電的離子墻會(huì)吸引帶正離子高速撞擊,破壞原子,逐漸削弱其功能,最終,當(dāng)撞擊離子墻的正離子達(dá)到一定數(shù)量時(shí),推力器便會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn),而探測(cè)器則滯留在太空中。使用更堅(jiān)硬的材料來(lái)抵御撞擊是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,無(wú)論材料多堅(jiān)硬,總會(huì)造成一定損壞。我們需要更有效的方式來(lái)避免這些損壞。如果墻體會(huì)自我修復(fù)呢?有兩個(gè)物理過(guò)程可以達(dá)到這個(gè)效果。一個(gè)名為彈道沉積,存在于材料不平整表面的微觀物質(zhì)。
當(dāng)離子撞擊墻體時(shí),這些微觀物質(zhì)會(huì)四散開(kāi)來(lái),一些會(huì)停留在附近的凸起部分,使墻體維持大體完好,然而,總是有一些原子會(huì)徹底消失。另一種現(xiàn)象更不直觀,并且與等離子體的狀態(tài)有關(guān)。想象一下,墻體顆粒脫落后又飛入等離子中。對(duì)推力器來(lái)說(shuō),負(fù)離子墻和墻體本身的電力使這些顆粒反向回到墻體中,而不會(huì)消失。這種現(xiàn)象名為等離子體沉積,可以通過(guò)調(diào)節(jié)等離子的密度與溫度來(lái)控制該過(guò)程。

研究人員制造了一個(gè)等離子體并將其粉碎為微觀材料,以觀察彈道沉積和等離子體所產(chǎn)生的效果。在首次試驗(yàn)中,研究人員只調(diào)整了等離子體的狀況,結(jié)果只發(fā)現(xiàn)了彈道沉積,而沒(méi)有產(chǎn)生等離子體沉積現(xiàn)象。隨后研究人員又對(duì)墻體進(jìn)行了研究,在首個(gè)測(cè)試樣本中損壞減少了20%,提升表面微觀物質(zhì)的情況后,損壞能減少的更多,大約能達(dá)到50%。下一步則是加入等離子體沉積的效果,看看是否真的能創(chuàng)造出可用的推力裝置。

隨著等離子推力器功能越來(lái)越強(qiáng)大,它們也變得更加脆弱,能自我修復(fù)的墻體就顯得尤為重要。研究人員的最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)利用高科技材料建造的推力器,所能持續(xù)的時(shí)間比任意一個(gè)火星任務(wù)所需的時(shí)間長(zhǎng)10倍,真正成為永恒的墻體。(羅輯/編譯)

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