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等离子发动机只差一步

2018/06/19109 作者:佚名
导读: 建造VASIMR就是张福林在20世纪70年代提出的主意。它能同时具有化学火箭发动机和离子发动机的能力。传统化学火箭发动机拥有高推力、低比冲,离子发动机则是低推力、高比冲。而VASIMR,它能在高推力、低比冲和低推力、高比冲之间的自由转换,在这两者之间调整参数,所以被称作"可变比冲"。张福林一直致力于该项目研究,但之后的20多年里他忙于作为宇航员7次进入太空。直到2005年

建造VASIMR就是张福林在20世纪70年代提出的主意。它能同时具有化学火箭发动机和离子发动机的能力。传统化学火箭发动机拥有高推力、低比冲,离子发动机则是低推力、高比冲。而VASIMR,它能在高推力、低比冲和低推力、高比冲之间的自由转换,在这两者之间调整参数,所以被称作"可变比冲"。

张福林一直致力于该项目研究,但之后的20多年里他忙于作为宇航员7次进入太空。直到2005年,他从NASA退役组建了Ad Astra火箭公司,试验场就在他的出生地哥斯达黎加附近的航空中心。

突破性成果在2 0 0 8年到来,这就是VX-200等离子引擎测试台,它利用氩气作为推进剂的第一阶段达到了全功率30千瓦。VX-200全方位超越了传统的等离子发动机:比冲在3000~30000秒之间随意转换,也就是喷射等离子的速度在30~300千米/秒,能量转换效率高达67%。张福林说:"用它飞到火星只需39天,这样能节省大量的燃料、食物、水、空气,宇航员也能摆脱长时间的宇宙射线辐射。"

VX-200分为三部分:在前部单元里,首先是把喷出的气体电离生成等离子体,类似于在蒸汽机里烧开水,这是以一种螺旋波射频天线(helicon RF antennas)来实现;中部单元充当放大器,它用电磁波的能量进一步把等离子体加热到几百万度;而尾部单元的磁性喷嘴可将等离子体的能量转化为喷气口的速度,从而产生反向的推力。

张福林解释说,VX-200使用了新的算法来控制和稳定等离子体,主要是控制超导磁场。通常来说,火箭发射时喷射气体温度越高,比冲量就越高。为最大限度利用效能,VASIMR火箭中部单元的温度相当于太阳中心的温度。但是火箭发动机的喷射嘴所能承受的温度有限。喷嘴温度太高,用什么材料是一个问题。和核聚变装置一样,解决的办法是使用磁场。在强磁场,比如超导磁体产生的磁场下,等离子体会以固定频率旋转。发动机的中部单元在磁场控制下让其按自然频率绕磁场旋转,当温度迅速上升之后,再从尾部单元把旋转变成轴向运动并释放出去。所有这些极端变化的环境都要求对磁场和电磁波精准的控制,这是新的控制算法的功劳。截止2009年5月底,VX-200真正上天的原型机已经开始了试验,它能实现从近地轨道到月球轨道的变轨。

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