NASA测试新型离子发动机：功率达现役顶尖型号25倍

IT之家 5 月 5 日消息，一款新型离子发动机已在实验室完成测试，其动力性能达到了美国国家航空航天局（NASA）现役顶尖离子发动机的 25 倍。这项先进技术未来有望助力人类登陆火星。

离子发动机与传统燃烧化学推进剂的推进器原理截然不同，其利用电磁场加速离子（带电原子），使其从喷口喷射而出从而产生推力，因此也常被称作“电力推进系统”。尽管离子发动机初始加速缓慢，但其推力能够逐步累积，最终实现超高飞行速度；同时，其消耗的推进剂比化学火箭少 90%，既能减轻航天器自重，也能降低发射成本。目前，航天器上搭载的最强离子发动机，隶属于 NASA 针对灵神星开展的灵神星任务。该发动机最高可将飞行器加速至每小时 12.4 万英里（20 万公里）。

NASA 局长贾里德・艾萨克曼在声明中表示：“这是美国首次实现电力推进系统达到如此高的功率水平，峰值功率可达 120 千瓦。我们将持续进行战略投入，为人类航天事业的下一次重大跨越积蓄力量。”

这类发动机常用的离子推进剂多为氙气，不过科研人员一直在研发以金属等离子体为工质的离子发动机。如今，一款名为锂馈磁等离子体动力推进器（MPD）的新型离子发动机原型机，已圆满通过首轮测试。

锂馈磁等离子体动力推进器可产生强电流，电流与磁场相互作用，进而加速锂离子。测试在 NASA 喷气推进实验室专属的可冷凝金属推进剂真空设施（COMET）中进行，该真空舱长 26 英尺（8 米）。2 月 24 日，这款原型机完成了 5 次点火测试，峰值功率达 120 千瓦，是灵神星任务离子发动机功率的 25 倍。

喷气推进实验室资深科研科学家詹姆斯・波尔克在声明中称：“过去数年里，我们潜心设计、研制这款推进器，都是在为这次首轮测试做准备。这一刻意义重大，我们不仅验证了推进器的可行性，还成功达到了预设功率目标，同时也拥有了完善的测试平台，为后续攻克大功率规模化应用难题奠定了基础。”

自 20 世纪 90 年代“深空 1 号”探测器发射以来，波尔克便一直深耕离子发动机领域。如今，他瞄准了全新目标：计划在未来数年内，将发动机功率提升至 500 千瓦至 1 兆瓦，远期更是研发出最高供电功率达 4 兆瓦的离子加速发动机。届时，载人航天器可搭载多台此类离子发动机奔赴火星。

迄今为止，配备离子发动机的航天任务均依靠展开太阳能帆板获取能源，但这种方式存在两大短板：一是在远离太阳的太阳系深空区域无法正常工作；二是若不搭载超大型太阳能帆板，发电功率会受到极大限制。

正因如此，NASA 目前正在推进一项名为太空反应堆 1 号・自由号的太空核推进项目。该项目计划在航天任务中搭载小型核裂变反应堆，为离子发动机供给更多能源。按计划，太空反应堆 1 号・自由号有望在 2028 年底发射，将一支由多架微型旋翼飞行器组成的编队送往火星，该飞行器编队统称为“天陨”。

据IT之家了解，太空反应堆 1 号・自由号初期将采用常规氙燃料离子发动机，而长远目标是将太空核能与锂馈磁等离子体动力推进器技术相结合，以此支撑首批宇航员登陆火星。

离子发动机自 20 世纪 60 年代起便已应用于航天任务，但直到 1998 年 NASA 发射“深空 1 号”探测器，这项技术才首次突破地球轨道开展深空探测。此后，采用离子发动机的航天任务层出不穷，包括 NASA 造访谷神星与灶神星的黎明号任务、日本隼鸟 2 号小行星采样返回任务、NASA 撞击迪莫弗斯小行星的 DART 任务，以及欧洲空间局奔赴月球的 SMART-1 任务、正在奔赴水星的贝皮・科伦布任务。

如今，随着核推进技术与新型锂馈磁等离子体动力推进器的迭代发展，离子发动机技术或将迎来又一次划时代的飞跃。