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《火星救援》中的离子引擎要成为现实了?

离子引擎使飞机更安静,机械构造更简单,并且不会排放燃烧物。

电影《火星救援》中,宇航员们乘坐赫尔墨斯号宇宙飞船飞越了将近5亿千米的距离。让这些往返火星的飞行得以持续的,是一种叫离子引擎的技术——向氩气或者氙气通电,以大约每小时35万公里的高速释放出离子,使宇宙飞船实现高速飞行。同时,飞船内部的宇航员们并不会感受到高速飞行带来的噪音等不适感,并且年复一年持续加速。

现在,这种电影中存在的技术离我们或许并不遥远。麻省理工学院(以下简称“MIT”)近日在《自然》杂志上发表的一篇论文表示,已经初步研究出可用于替代飞机涡轮发动机的离子引擎。“这种飞机更安静,机械构造更简单,并且不会排放燃烧物。”麻省理工学院航空航天副教授Steven Barrett在文中写道。

离子引擎给飞机带来最直观的改变就是减少飞机发动机组成部件,包括飞机两侧的螺旋桨。与普通发动机依靠旋转的风扇把空气吹向后方来提供动力不同,离子发动机的动力来源于电场制造的离子风。

在实验中,MIT的研究团队使用54节3.7伏特的锂聚合物电池提供了200伏特的电压,然后将200伏特的电压转换为4万伏特的高压,从而达到电离空气的效果。通电之后,在强大的电场作用下,电池正极会吸引周围的氮离子并把电子从氮气分子中剥离。被电离的氮气分子又被吸引到负极,在这个过程中氮离子又会电离其他氮气分子。离子的移动都会与其他空气分子碰撞数百万次,就形成了“风”。

离子引擎不需要燃料,因此不会排放二氧化碳等污染物,也产生更小的噪音。并且在电场作用下,离子引擎的飞行速度也更快。《火星救援》中赫尔墨斯号宇宙飞船在太空中经过数年加速,发动机的效率达到了普通发动机效率的10倍以上。

但目前的技术水平显然还不能达到电影中呈现的效果,尤其是在有重力作用的地球上。目前离子引擎的推理能力只能带动重量不超过2.5千克的飞机,且飞行时长不超过2分钟。Steven Barrett预测,离子引擎首先将应用于解决无人机的噪音问题,或者将其与燃油发动机结合,研发出更节能的混合动力发动机。

除了MIT,美国航空航天局(NASA)也在努力将离子引擎飞船变为现实。它和引擎制造商Aerojet Rocketdyne正在研究一种名为霍尔推进器(Hall Thruster)的离子引擎。目前该引擎已完成早期系统集成测试,并应用于曙光号探测器。霍尔推进器能使探测器调整轨道方向,并持续为其加速。但同样受限于功率,利用离子引擎实现人类进一步探索太空还需要时间。

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全部评论1
奋进的萌耳
2018年11月26日
麻省理工,真的是理工科生的天堂…梦想
到底啦