5月6日,美国宇航局(NASA)喷气推进实验室(JPL)宣布,成功完成一款新型电磁推进器的高能测试,这款实验性发动机取得重大进展,有望助力人类登陆火星,还能为太阳系内机器人任务提供动力。

2月24日,位于南加州的JPL工程师对这款以锂金属蒸汽为燃料的实验性发动机进行重要测试,点火功率高于此前美国任何类似测试,代表着电推进技术的重要进步。此次首次测试使原型机性能超越目前NASA航天器上使用的任何电推进器,测试结果预计将指导后续改进和扩展实验。
NASA局长贾里德·艾萨克曼表示,在NASA多项工作并行开展的同时,从未忘记火星目标。此次推进器测试成功,是向送美国宇航员登陆火星迈出的坚实一步,这是美国首次实现120千瓦高功率水平的电力推进系统运行,NASA将继续战略投资推动技术飞跃。
在五次点火循环中,推进器中央钨电极温度急剧升高,发出耀眼白光,超过华氏5000度(摄氏2800度)。测试在JPL电推进实验室专门设计的真空室进行,可安全评估使用金属蒸汽推进剂的高功率发动机。
电推进系统效率远高于传统化学火箭,推进剂用量最多可减少90%。它能长时间稳定产生推力,使航天器逐渐加速到极高速度。NASA“灵神星”号探测器就采用太阳能驱动的电推进器,最终达到每小时124,000英里的速度。
正在测试的新型发动机是锂离子磁等离子体动力(MPD)推进器,概念虽早在20世纪60年代出现,但从未实际应用。与现有系统不同,它利用强电流和磁场加速锂离子等离子体,在高功率水平下产生更大推力。此次初步测试中,推进器功率达120千瓦,是“灵神星”号探测器发动机功率的25倍以上,成为美国测试过的功率最高的电力推进系统。
JPL高级研究科学家詹姆斯·波尔克称,过去几年一直在设计和制造这些推进器,此次首次测试意义重大,不仅证明推进器能正常工作,还达到预期功率水平,为解决规模化生产挑战提供了良好测试平台。
波尔克通过长26英尺(8米)水冷真空室内的观察孔观察测试过程,推进器启动后外电极升温,喷射出鲜艳红色等离子体流,产生明亮发光羽状物。波尔克数十年来研究该推进方式,为“黎明号”和“深空1号”等早期任务做出贡献,这些任务首次在地球轨道之外验证了电推进技术。
下一个挑战是提升发动机功率,研究人员目标是在未来几年内将每个推进器功率提升至500千瓦至1兆瓦之间。由于系统在极高温度下运行,工程师需证明其能长时间可靠运行。载人火星任务可能需要2到4兆瓦总功率,或需多个推进器协同工作超23000小时。
锂离子电池驱动的MPD推进器优势明显,能以极高功率运行,高效利用推进剂,产生更大推力。与核动力源结合,可减少发射总质量,使载人任务携带更重有效载荷,让长期火星任务更切实可行且具成本效益。
该推进器研发工作已进行两年半,由JPL牵头,与新泽西州普林斯顿大学和美国宇航局格伦研究中心合作开展。项目资金来自NASA太空核动力推进项目,该项目2020年启动,旨在推进兆瓦级核电推进系统关键技术,位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心,隶属于NASA太空技术任务理事会。