向更深层次的太空探索又迈进了一步——等离子推进器的性能提升

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东北大学的一名研究人员对高功率无电极等离子体推进器进行了重大改进，使我们离更深远的太空探索更近了一步。

位于东北大学的巨型高压真空室中运行的磁喷嘴射频等离子推进器。图片来源：高桥和典

电力推进技术的这些进步有可能彻底改变航天工业，就像汽车、火车和飞机等陆地交通工具的创新改变了各自的行业一样。

电推进是一种利用电磁场加速推进剂并产生推力以推动航天器前进的技术。航天机构已率先将电推进技术视为太空探索的未来。

目前，已有多个太空任务成功利用电推进装置完成，例如栅格离子推进器和霍尔推进器。太阳能转化为推力能量，推进剂电离后形成等离子体，并在电磁场的作用下加速。然而，这些装置所需的电极会限制其使用寿命，因为它们会暴露在等离子体中并受到损伤，尤其是在高功率水平下。

为了克服这一难题，科学家们转向了无电极等离子体推进器。其中一项技术利用射频（RF）产生等离子体。天线向圆柱形腔室发射无线电波以产生等离子体，然后磁喷嘴引导并加速等离子体以产生推力。MN射频等离子体推进器，有时也称为螺旋推进器，具有结构简单、操作灵活以及潜在的高推力功率比等优点。

但中子数射频等离子推进器的发展一直受阻于射频功率到推力能量的转换效率。早期实验的转换率仅为个位数，而近期的研究也仅取得了20%的较为理想的结果。

在最近的一项研究中，东北大学电气工程系的 Kazunori Takahashi 教授实现了 30% 的转换效率。

虽然成熟的电推进装置通常使用氙气，而氙气价格昂贵且难以充足供应，但目前30%的效率是使用氩气推进剂实现的。这表明，兆牛·米射频等离子推进器可以降低成本并减少对地球资源的依赖。

高桥表示：“施加尖峰型磁场抑制了通常会发生在等离子体源壁上的能量损失。这项突破为高功率空间运输技术的进步打开了大门。”

参考文献：“磁喷嘴等离子推进器中射频功率到推力能量的转换效率达到30%”，作者：高桥和典，2022年11月10日 Scientific Reports.
DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7

来源: 向更深层次的太空探索又迈进了一步——等离子推进器的性能提升

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