據英國《每日郵報》報道，日前，來自NASA和美國密歇根大學的工程師們公布了一個在離子發(fā)動機研發(fā)方面突破了紀錄的測試，該離子發(fā)動機的設計初衷是讓它實現帶人類登上火星。

　　這款被稱之為“霍爾推進器”(Hall Thruster)的離子發(fā)動機是目前正在處于研發(fā)當中的三款“火星發(fā)動機”中的一款，它通過使用電場和磁場來離子化諸如氙氣這樣的氣體，讓它噴出離子，并進而產生出推動推進器前進的推力。

　　相比傳統(tǒng)的化學推進劑火箭，這項技術要更清潔、更安全，燃料利用率也更高，但它的缺點是它所產生的推力要相對小一些，加速度也小一些。

　　

　　“火星計劃即將來臨，我們已經知道霍爾推進器在太空中能夠運行得很好，”X3離子推進器研發(fā)項目的首席工程師亞歷克·加利莫爾(Alec Gallimore)這樣說道。

　　“無論是在燃料經濟性方面，實現用最少的能量和推進劑在一年半載內完成設備的運送，還是在速度方面，更快地將飛船機組人員運送至火星，霍爾推進器都有待進一步的優(yōu)化。”

　　一些專家曾表示，霍爾推進器能在幾周而不是幾年內，將人送到火星。

　　在日前進行的幾場測試中，X3離子推進器打破了三項此前由其它霍爾推進器創(chuàng)下的紀錄，這讓實現載人火星計劃的希望，又大了幾分。

　　此次主導X3離子推進器研發(fā)的科學家包括密歇根大學航天航空工程教授歷克·加利莫爾和密歇根大學航天航空工程學院的院長羅伯特·J·弗拉希奇(Robert J. Vlasic)。

　　霍爾推進器通過使用電場和磁場，非?？斓丶铀偕倭客七M劑(等離子體)，形成等離子體射流，進而異常高效地提供太空飛船前進所需的推力。這一技術只需傳統(tǒng)化學火箭運行所需燃料的一小部分，就可以將速度提升至最大。

　　目前，擺在科學家們面前的最大挑戰(zhàn)是如何讓離子推進器變得更強大。

　　這個代號為“X3”的新一代霍爾推進器是由來自密歇根大學、NASA和美國空軍的科研人員們共同研發(fā)出的，它成功打破了此前另一臺霍爾推進器所創(chuàng)下的紀錄——它產生了5.4牛頓的推力，而上一代所創(chuàng)下的紀錄是3.3牛頓。

　　推力上的提升對載人火箭計劃來說是至關重要的——這意味著更快的加速和更短的航行時間。

　　X3還將此前運行電流的紀錄翻了個倍(250安培vs 112安培)，并略微提高了運行功率(102千瓦 vs 98千瓦)。

　　X3推進器是目前正處于研制當中的三種“火星發(fā)動機”中的一種，該項目受到了NASA資助。

　　來自密歇根大學航天航空工程學院的一名博士生斯科特·霍爾(Scott Hall)和一位名叫哈尼·卡馬拉(Hani Kamhawi)的NASA科學家，在NASA格倫研究中心(Glenn Research Center)進行了這些測試。

　　這幾場實驗讓科研人員們五年多來的搭建、測試和改進工作迎來了高潮。

　　專注于研發(fā)太陽能電推進系統(tǒng)的NASA格倫研究中心，具備美國目前唯一一個能操作X3推進器的真空實驗室，這主要是因為X3推進器產生的排氣太過巨大，以致其它真空室的真空泵都無法承載得起，強行實驗的話，X3推進器尾部噴出的疝氣就會沖回等離子體羽流，讓擾亂實驗結果。

　　鑒于目前任何承受臺都無法承擔X3推進器的實驗，霍爾博士還專門搭建了一個特制的推力承受臺，來承受X3推進器500磅的重量以及它所產生出的推力。

　　“最重要的時刻是當你關上了真空室的門，并抽空了里面的空氣，”霍爾這樣評論道。“如果讓我去預測的話，我覺得這個推進器將成為將人類送上火星的基石。”

　　在經過20小時的抽空空氣，完成太空環(huán)境的營造后，霍爾和卡馬拉每天都會花上12個小時來測試這臺X3推進器。

　　接下來，X3將被整合進洛克達因公司(Aerojet Rocketdyne)開發(fā)出來的電源系統(tǒng)。洛克達因是一家火箭和導彈推進器制造商，它目前已經得到了NASA的授權，將主導該項工程推進器系統(tǒng)的研發(fā)。[page]

　　在2018年春季的時候，霍爾預期將回到NASA格倫研究中心，在洛克達因公司電源處理系統(tǒng)的配合下，對X3推進器進行為期100小時的測試。

　　因為X3離子推進器相比傳統(tǒng)化學火箭更節(jié)省燃料，X3離子推進器將成為探索火星、小行星和太陽系邊緣地區(qū)的理想選擇。

　　目前，密歇根大學“探索合作下一代太空技術”項目(NextSTEP)的工程師們已經成功地造出了X3推進器的原型機。這個離子發(fā)動機是洛克達因公司推出的XR-100推進系統(tǒng)的一部分，在未來的10年里，它將驅使太空飛船飛行火星。

　　在未來的3年里，將給洛克達因公司提供650萬美元的資金用于研發(fā)代號為XR-100的新型推進系統(tǒng)。

　　這個由亞歷克·加利莫爾教授研制出的X3離子推進器是這套XR-100系統(tǒng)的核心，加利莫爾所帶領的推進器研發(fā)團隊因此也將獲得100萬美元的獎勵。

　　這個XR-100系統(tǒng)正面臨著兩個另外兩個推進方案的激烈競爭。

　　這三套方案都依賴于噴射等離子體——等離子是一種物質的能態(tài)，在這種狀態(tài)下，電子和離子同時存在——從而推動推進器的前進。

　　X3離子推進器的核心技術——霍爾推進器——已經被用于操控繞地軌道衛(wèi)星的運行。

　　“作為對照，目前在地球軌道運行的功率最大的霍爾推進器的功率是4.5千瓦，”加利莫爾教授這樣解釋道。

　　對一顆衛(wèi)星的軌道或方向調整來說，這一個功率是足夠用的，但對運輸人類探索太空深處所需的大批貨物來說，這一功率又顯得捉襟見肘了。

　　霍爾推進器的工作原理是通過加速等離子，讓它以極高的速度向后噴射出去，從而給推進器施加了一個前進的推力。

　　

　　這一過程的開始是讓電子繞著一個圓形通道流動。這趟旋轉“旅行”從位于排氣端的負極開始，到位于通道內側的正極結束。在這一過程中，電子們會“跑進”原子堆(通常是疝氣)里，電子和原子的碰撞，會將疝原子鐘的電子“撞走”，讓疝原子變成帶正電的粒子。

　　這些電子的旋轉運動同時也會生產一個強大的電場，將疝氣離子從通道排氣端中拉扯了出來。

　　“當它們被離子化的時候，疝原子能以最高30000米每秒的速度射出，這相當于每小時65千米，”加利莫爾教授這樣說道。

　　

　　X3離子推進器擁有三個這樣的通道，每個都只有幾厘米深，它們以同心環(huán)的方式相互嵌套，這種嵌套方式讓這個霍爾推進器能以200千瓦的功率運行。

　　在加利莫爾教授實驗室工作的斯科特·霍爾博士將使用這筆NASA提供的資金來對這臺X3推進器進行一系列的電池測試。

　　首先，他將在密歇根大學的等離子體和電力推進實驗室(Plasmadynamics and Electric Propulsion Lab)將這臺X3離子推進器的運行功率提升至60千瓦，然后在NASA格倫研究中心繼續(xù)將功率提升至200千瓦。

　　與此同時，另一位名叫莎拉·屈松(Sarah Cusson)的博士生將繼續(xù)對X3進行進一步的改進，讓X3目前僅為1年多一點兒的使用壽命，延長至現在的5到10倍。