维基百科

可变比冲磁等离子体火箭

可变比冲磁等离子体火箭（英语：VASIMR engine）是用于航天器推进的一种电磁推进器。它利用无线电波电离并加热推进剂,并用一个磁场来加速产生的等离子体产生推力。它是一种电推进系统。

数个可变比冲磁等离子体火箭推进一个航天器

加热等离子体的方法最早来源于核聚变技术。VASIMR发动机理论上能够以低推力、高效率或高推力、低效率方式运行。

原理 编辑

可变比冲磁等离子体火箭是一种电热磁等离子体推进器。在这类型的发动机中，无线电波对惰性推进剂进行电离和加热，然后用磁场加速产生的等离子体以产生推力。

推进剂是一种中性气体，如氩气或氙气。推进剂首先被注入一个表面有电磁铁的空心圆柱体中。螺旋射频天线以 10 至 50 MHz 频率的电磁辐射把推进剂加热成等离子体[1]，把电子从推进剂原子中剥离，产生由离子和自由电子组成的等离子体。等离子体会通过被称为离子回旋加速器加热 (ICH) 的第二个射频天线，通过减少耦合器的磁场以发射与等离子体的轨迹共振的电磁波。共振使等离子体粒子的运动速度减慢，并进一步加热至1,000,000 摄氏度以上（1,800,000 华氏度），大约比太阳表面温度高173倍。[2]电离等离子体再通过一个充当火箭发动机喷管的电磁体引导，以高达每秒50,000米的高速排出发动机产生推力。[3][4]

通过改变电磁辐射的能量和等离子体的含量，VASIMR理论上能够以低推力、高比冲排气或较高推力、低比冲排气方式运行。[3]

优点 编辑

与传统的回旋共振加热过程相比，VASMIR发动机中的等离子体在达到热力分布之前立即从磁性喷嘴中喷出。离子回旋加速器波中的几乎所有能量都在单程回旋加速器吸收过程中均匀地转移到电离等离子体，使等离子体以非常窄的能量分布离开磁性喷嘴，并显著简化发动机中的磁力布置。[3]

VASIMR发动机不使用电极，它通过磁力屏蔽等离子体以避免影响大多数硬件部件的运作，从而消除腐蚀及磨损。 [5] 传统火箭发动机一般拥有非常复杂的管道、高性能阀门、执行器和涡轮泵以保持高效率运作。相比之下，VASIMR 除了如气阀的小型部件之外几乎没有活动部件，最大限度地提升寿命。

缺点 编辑

根据Ad Astra（英语：Ad Astra Rocket Company）公司，VX-200可变比冲磁等离子体发动机产生5 N的推力，需要200 kW的电力。[4] 相比之下， NEXT离子发动机产生0.327 N的推力则只需7.7 kW（24 kW/N）。[4] NEXT发动机的电力效率几乎是VASMIR发动机的两倍。[6][7]目前的技术不足以为VASIMR发动机提供快速行星际旅行所需的能量。[8]

在运行过程，VASMIR会产生大量需要在不产生热力过载的情况下被引导走废热。此外，用于产生等离子体的超导磁铁会产生巨大的磁场，并会影响其他设备的运作及通过与磁层相互作用产生多余的扭力。为了抵消这个效应，两个推进器可装成具有相反方向的磁场，从而形成一个抵消扭力磁四极。[9]

研究与开发 编辑

麻省理工学院于1983年进行了第一次VASIMR试验，并在1990年代引入改进，包括螺旋等离子源，取代最初设想的等离子枪及电极，增加了耐用性和寿命。[来源请求]直到2010年，VASIMR的开发转移到Ad Astra（英语：Ad Astra Rocket Company）公司。Ad Astra于2005年6月23日签署了第一个太空法案协议（英语：Space Act Agreement），将 VASIMR 技术私有化。

参考资料 编辑

  1. ^ Alessandra Negrotti. VASIMR Prefeasibility Analysis. Advanced Propulsion Systems and Technologies, Today to 2020. 2008: 335. 
  2. ^ Beth Dickey. Star Power. Air & Space, Smithsonian. March 2004 [2014-02-07]. （原始内容存档于2019-04-12）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Tim W. Glover; et al. Principal VASIMR Results and Present Objectives (PDF). Space Technology and Applications International Forum - Staif 2005 746: 976–982. February 13–17, 2005 [2010-02-27]. Bibcode:2005AIPC..746..976G. doi:10.1063/1.1867222. （原始内容 (PDF)存档于2015-05-29）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Ad Astra Rocket Company. Technology. Ad Astra Rocket Company. 2009 [2012-12-10]. （原始内容存档于2013-05-22）. 
  5. ^ Jared P. Squire; Franklin R. Chang Díaz; Verlin T. Jacobson; Tim W. Glover; F. Wally Baity; Richard H. Goulding; Roger Bengtson; et al. EXPERIMENTAL RESEARCH PROGRESS TOWARD THE VASIMR ENGINE (PDF). 28th International Electric Propulsion Conference, Toulouse, France, 17–21 March 2003. 28th International Electric Propulsion Conference. [2014-02-07]. （原始内容 (PDF)存档于2014-08-01）. 
  6. ^ Dwayne Brown; Katherine K. Martin; Glenn Mahone. NASA Thruster Achieves World-Record 5+ Years of Operation. [2013-06-24]. （原始内容存档于2021-11-20）. 
  7. ^ Nancy Smith Kilkenny, SGT, Inc. NEXT Provides Lasting Propulsion and High Speeds for Deep Space Missions. [2013-09-29]. （原始内容存档于2022-02-15）. 
  8. ^ Facts About the VASIMR® Engine and its Development (PDF). Ad Astra Rocket Company. 2011-07-15 [2012-05-23]. （原始内容 (PDF)存档于2012-05-16）. 
  9. ^ International Space Station Mission. Ad Astra Rocket Company. 2011 [2011-02-08]. （原始内容存档于2011-03-15）. The VX-200 will provide the critical data set to build the VF-200-1, the first flight unit, to be tested in space aboard the International Space Station (ISS). The electrical energy will come from ISS at low power level, be stored in batteries and used to fire the engine at 200 kW. 
取自“https://zh.wikipedia.org/w/index.php?title=可变比冲磁等离子体火箭&oldid=79523478”