NASA成功测试功率破纪录的等离子推进器 为火星载人任务做准备

NASA近日成功测试了一款采用锂动力的实验性等离子推进器，这标志着人类火星任务向前迈出了重要一步。位于南加州的NASA喷气推进实验室(JPL)的工程师们点燃了这台电磁发动机，使其达到了美国此类推进系统从未实现过的功率水平。

此次测试于2月24日在JPL专门用于高功率电推进研究的真空舱内进行。测试期间，这台原型发动机的运行功率超过了NASA现有任何飞行航天器上的电推进器。研究人员表示，这些结果将为下一阶段的开发和测试提供指导。

NASA局长贾里德·艾萨克曼表示:"在NASA，我们同时开展多项工作，但从未忽视火星。我们的推进器在此次测试中的成功表现，展示了在将美国宇航员送上红色星球方面取得的实质性进展。这是美国首次让电推进系统在如此高的功率水平下运行，达到了120千瓦。我们将继续进行战略性投资，推动实现下一次巨大飞跃。"

这款发动机使用锂金属蒸汽，属于磁等离子体动力学(MPD)推进器技术类别。这类系统通过利用电流和磁场以极高速度加速等离子体来产生推力。在五次独立点火测试中，推进器的钨电极发出明亮的白光，温度攀升至超过5000华氏度(2800摄氏度)。测试在JPL电推进实验室进行，该实验室拥有一个独特的设施，能够安全评估依赖金属蒸汽推进剂、功率达兆瓦级别的电推进器。

电推进系统的燃料效率远高于传统化学火箭，推进剂使用量最多可减少90%。与提供短时强劲推力的方式不同，它们提供温和但持续的推力，在长时间内稳定加速航天器。NASA已在诸如"灵神星"(Psyche)等任务中使用电推进技术，该探测器目前运行着该机构功率最高的电推进器。假以时日，"灵神星"的推进系统可将航天器加速至每小时12.4万英里。

这款新型锂驱动MPD推进器最终可能提供比现有系统大得多的推力。尽管科学家自20世纪60年代以来一直在研究MPD推进技术，但该技术从未在太空中实际应用过。在JPL最近的测试中，该发动机达到了120千瓦的功率，是"灵神星"上飞行推进器功率的25倍以上。

JPL高级研究科学家詹姆斯·波尔克表示:"在过去几年里设计和制造这些推进器，为这次首次测试做了长期准备。这对我们来说是一个重要时刻，因为我们不仅展示了推进器的工作能力，还达到了我们的目标功率水平。我们知道我们拥有一个良好的测试平台，可以开始解决扩大规模的挑战。"

波尔克通过这个26英尺长(8米长)水冷真空舱上的一个小观察窗观察实验。当推进器启动时，其喷嘴状外部电极发出强烈光芒，同时产生鲜艳的红色等离子体羽流。波尔克在电推进技术领域工作了数十年，曾为NASA的"黎明号"任务和"深空一号"做出贡献，后者是首个在地球轨道外展示电推进技术的航天器。

研究人员希望最终将每个推进器的功率输出提高到500千瓦至1兆瓦之间。最大的技术挑战之一是确保硬件能够在极端温度下经受长期运行。载人火星任务可能需要总计2至4兆瓦的功率，这意味着几台MPD推进器可能需要连续运行超过23000小时。

科学家认为，锂驱动MPD发动机可能在未来深空探索中发挥重要作用，因为它们结合了强大推力和高效的推进剂使用。与核动力系统配合使用，它们可以减少发射质量，同时搭载人类火星任务所需的重型载荷。

这个MPD推进器项目在过去两年半的时间里一直在开发中，由JPL、新泽西州的普林斯顿等离子体物理实验室和位于克利夫兰的NASA格伦研究中心合作进行。资金来自NASA的太空核推进项目，该项目始于2020年，旨在支持为未来火星任务开发兆瓦级核电推进系统。该工作由位于阿拉巴马州亨茨维尔的NASA马歇尔太空飞行中心管理，隶属于NASA的太空技术任务理事会。