據(jù)外媒New Atlas報(bào)道，由于美國(guó)能源部（DOE）普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）的物理學(xué)家Fatima Ebrahimi開(kāi)發(fā)的一種新的火箭概念，利用磁場(chǎng)產(chǎn)生推力，前往火星的載人任務(wù)可能會(huì)更加實(shí)際。

在過(guò)去的64年里，機(jī)器人衛(wèi)星和探測(cè)器取得了顯著的成功，但這些衛(wèi)星和探測(cè)器的體積都比較小，最重的是ATV貨運(yùn)飛船，滿載重量為44738磅（20293公斤）--而且那個(gè)飛船只進(jìn)入了低地軌道。最大的深空探測(cè)器是前往土星的卡西尼-惠更斯任務(wù)，它的重量為12467磅（5655公斤）。

這是因?yàn)槿祟惓蔀檎嬲暮教煳锓N的最大障礙是用于推動(dòng)航天器穿越太陽(yáng)系和更遠(yuǎn)的地方的發(fā)動(dòng)機(jī)?；瘜W(xué)火箭可以推出令人印象深刻的推力，但比沖力非常小。也就是說(shuō)，在推進(jìn)劑用完之前，它們不能發(fā)射很長(zhǎng)時(shí)間。電動(dòng)推進(jìn)系統(tǒng)，如Hall 推進(jìn)器，則正好相反。它們的推力只相當(dāng)于一枚小硬幣的重量，但它們可以燃燒幾個(gè)月，而不是幾分鐘，所以它們可以（慢慢地）積累到很高的速度。

不幸的是，這兩種燃料對(duì)于將宇航員載到火星上都沒(méi)有什么吸引力。其中一種可能會(huì)快速啟動(dòng)，另一種可能會(huì)緩慢啟動(dòng)，但它們都意味著數(shù)月甚至數(shù)年的漫長(zhǎng)而危險(xiǎn)的航行。這兩種基本的推進(jìn)方式都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但至少在短期內(nèi)，真正需要的是一種結(jié)合了兩者特性的推進(jìn)方式。理想的情況是，具有更高的推力和更大的比沖力的東西。

新的普林斯頓概念的工作原理是使用同樣的機(jī)制，將作用于太陽(yáng)耀斑。這些耀斑由帶電的原子和稱為等離子體的粒子組成，它們被困在強(qiáng)大的磁場(chǎng)中，在那里發(fā)生復(fù)雜的相互作用。

對(duì)于推進(jìn)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，Ebrahimi對(duì)一種叫做磁重聯(lián)的相互作用特別感興趣，這是磁能轉(zhuǎn)化為粒子的動(dòng)能、熱能和輻射能的過(guò)程。這種現(xiàn)象不僅在太陽(yáng)上看到，而且在地球大氣層和托卡馬克核聚變反應(yīng)堆內(nèi)也能看到，比如PPPL的國(guó)家球面環(huán)面實(shí)驗(yàn)（NSTX）。

在一個(gè)非常普遍的方式，磁推進(jìn)器就像航天器上越來(lái)越常見(jiàn)的離子推進(jìn)器。這些推進(jìn)器的工作原理是給由氙等重原子組成的推進(jìn)劑充電，然后利用電場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行加速。對(duì)于新概念的推進(jìn)器來(lái)說(shuō)，是由磁場(chǎng)來(lái)加速的。

到目前為止，PPPL計(jì)算機(jī)和加州伯克利勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果顯示，磁重聯(lián)推進(jìn)器產(chǎn)生的速度可以比目前的電力推進(jìn)系統(tǒng)快10倍。

“長(zhǎng)途旅行需要幾個(gè)月或幾年的時(shí)間，因?yàn)榛瘜W(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖力很低，所以飛行器需要一段時(shí)間才能達(dá)到速度，”Ebrahimi說(shuō)。“但如果我們基于磁重聯(lián)制造推進(jìn)器，那么可以想象，我們可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成長(zhǎng)距離任務(wù)?！?/p>

除了縮短旅行時(shí)間，新的推進(jìn)器概念還可以通過(guò)微調(diào)磁場(chǎng)進(jìn)行節(jié)流。此外，推進(jìn)器不只是射出等離子體，而且還能射出等離子體團(tuán)，也就是包含在磁泡中的等離子體球，增加更多的動(dòng)力。另外，推進(jìn)器不依賴重元素作為推進(jìn)劑，可以裝載更輕、更便宜的元素。

“其他推進(jìn)器需要重氣體，由氙氣等原子構(gòu)成，而在這個(gè)概念中，你可以使用任何類型的氣體，”Ebrahimi說(shuō)。

該研究發(fā)表在《等離子體物理學(xué)雜志》上。
責(zé)編AJX