等离子发动机(知百科|等离子发动机能推动地球吗?)

等离子发动机

春节上映的电影《流浪地球》中,太阳逐渐毁灭,成为了地球死亡的象征,“我们要活下去”是人类永恒不变的心声,因此人类在地球一侧建造了10000多个地球发动机,发动机形成很多巨大的等离子体光柱,其颜色如同日光灯发出的蓝白色一般,也正是这些发动机让地球踏上了流浪之旅,脱离了毁灭的危险。
虽然这部电影只是一个科幻片,人类现在还不足以研制出这类发动机,但可以说作为同样原理的发动机,在如今的卫星中发射中已得到应用,可以说人类走向更宽广的宇宙的大任就在此类发动机之上。
到底什么是等离子发动机,为什么在很多人的眼里它是神秘的,其实等离子发动机离我们并不遥远。
传统化学发动机时期,火箭本身是很高大的,但它只能将很小的卫星送入地球轨道,如要送到更远的地方,要消耗大量燃料,像美国重型运载火箭土星5号,其第一节推进器就用了2075吨燃料才让其脱离地球引力,剩余的40多吨燃料才把有效负荷送上月球,仅仅不及火箭重量的1%的有效负荷,就消耗了成百上千的燃料来运输,这对未来太空探索极其不利。
等离子发动机,或者俗称的“离子推进器”采取了一种和化学火箭完全不同的设计思路。它使用洛伦兹力让带电原子或离子加速通过磁场,来反向驱动航天器,和粒子加速器与轨道炮都是同样的原理。等离子火箭在一定时间内提供的推力相对较少,然后一旦进入太空,它们就会像有顺风助阵的帆船,逐渐加速飞行,直至速度超过化学火箭。
实际上,迄今已有多个太空探测任务采用等离子发动机,如美国宇航局探测小行星的“黎明号”(Dawn)探测器和日本探测彗星的“隼鸟号”(Hayabusa)探测器,而欧洲空间局撞击月球的SMART-1探测器的目的之一,就是验证如何利用离子推进技术把未来的探测器送入绕水星运行的轨道。
这些已经实用的离子发动机都很迷你,多属于辅助发动机,推力和加速度都很小,要使航天器达到预定的飞行速度,用时极长—SMART-1的等离子体发动机提供的推力只相当于一张纸对于手掌的压力。这样的发动机,带上一只蚂蚁都无法脱离地球的重力场。
2018年由中科院领衔研究的等离子发动机取得喜人突破,在步入试验阶段时,成功获得6.5牛顿的力,你可别看这仅有一个苹果的推力不当回事,这个发动机的诞生可是让无数国际科学家和天文学家为之疯狂的存在。
在未来百余年,我们介于此基础打造出光速十分之一的发动机将会成为可能,根据中科院院士解释,百年后宇宙飞船的重量要是达到1万吨,那么等离子发动机重量将会占据半数开外,假如达到光速百分之十,尾部喷射的火焰将会高达十万公里长度,在火星启动发动机,将会照亮整个地球的夜晚。
目前,极具期待的还属磁等离子体力发动机,其功率可达100KW以上还有希望在太空利用核裂变产生电能,进而有更大的推力。就算如此,离子发动机的瞬时推力还远不及化学发动机,短时间内还要依靠两者结合来进行宇宙探索,虽然火箭的重量很高,但其载荷会有显著提升。随着科技的发展,利用离子发动机有望实现不在借助行星引力飞行,未来的宇宙飞船将会有机会探索更深的太空奥秘,飞出太阳系不再是梦!

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