18新利最新登入等离子体火箭是如何工作的

世界是物质通常分为三种状态:固态、液态和气态。当物质是冷的,它是坚固的。加热,它会变成液体。更多的热量时,你会得到一个气体。然而,故事并没有结束。18新利最新登入当您添加更多的热量,你——等离子体!额外的能量和热量分解中性原子和分子在气成典型的带正电的离子和带负电的电子。带电粒子给等离子体有趣的导电特性,因此等离子体技术用于制造各种各样的物品我们每天使用。电脑芯片,霓虹灯,甚至内部的金属涂层的一袋薯片是利用等离子体技术创建的。当然,还有一个等离子电视使用等离子体释放光子,光给你彩色显示器的像素在屏幕上。事实上,宇宙中99%的普通物质处于等离子体状态[来源:查尔斯]。

包括太阳在内的大多数恒星是由等离子体。如果它是宇宙中如此普遍,我们为什么不看到它在地球上多少?实际上,我们所做的。南北极光是由太阳风。太阳风是什么?等离子体!好吧,不是每个人都有幸看到这些壮观的光显示器,但是你可以看到等离子体在行动另一个很棒的光显示提供自然:雷雨。18新利最新登入电力的闪电在空中流动,它提供了大量的能量的分子路径中的气体闪电实际上转化为等离子体。

等离子体技术也被用于火箭帮助我们避开外太空,而且前景最让人类之前我们梦寐以求的地方。这些火箭需要真空的太空工作以来地球表面附近的空气密度降低离子等离子体的加速度需要创建推力,所以我们不能实际使用他们从地球上发射。18新利最新登入然而,这些等离子体发动机自1971年以来一直在操作空间。美国国家航空航天局通常使用保养在国际空间站和卫星,以及推进到外层空间的主要来源(来源:美国国家航空航天局]。

所有等离子体火箭操作相同类型的原则:电场和磁场并肩工作,首先将气体-通常氙和氪成等离子体,然后加速等离子体中的离子引擎的超过45000英里(72400公里),创建一个推力的方向需要旅行[来源:科学预警]。有很多方法,这个公式可以应用于创建一个等离子体火箭工作,但有三种类型的最好和最有前途的[来源:沃克]。

霍尔推进器两种类型的等离子体发动机目前经常使用的空间。在这个装置中,电场和磁场垂直的方式设置在室。当电发送通过这些决斗场,电子开始奇才在超高速圆圈。随着推进剂喷入装置,高速电子把电子从原子气体中,创建一个等离子体组成的自由电子(带负电荷),现在带正电原子(离子)的推进剂。这些离子发动机的喷射而出,创建所需的推力推动火箭前进。而电离的两个进程和加速的离子发生的步骤,他们出现在同一个空间在这个引擎。霍尔推进器的推力可以生成大量输入功率使用,所以他们可以非常快。但有限制他们的燃油效率。

当NASA正在寻找一个发动机更省油,结果相反网格离子发动机。在这个常用设备,电场和磁场是坐落在引擎室的墙壁。电力应用时,高能电子振荡和沿墙附近的磁场。以类似的方式对霍尔推力器,电子能够电离气体推进剂为等离子体。为了做下一步创建推力,电网被放置在年底室为了加速离子。在这个引擎,电离和加速发生在两个不同的空间。而网格比一个霍尔推力器的离子发动机更省油,缺点是不能产生更多的单位面积上的推力。根据他们想要做的工作类型,科学家和航空航天工程师选择引擎更适合这项任务。

最后,还有第三种类型的引擎:VASIMR,简称变量比冲量Magnetoplasma火箭。这个火箭,由前宇航员富兰克林常Diaz,现在只存在于测试阶段。创建在这个设备,离子通过无线电波产生的天线形成等离子体。另一个天线下游补充能量,使离子旋转一圈非常快。磁场提供了方向性的离子释放的引擎在一条直线,从而提供推力。如果成功的话,这火箭将有巨大的节流阀,霍尔推进器和离子网格引擎无法实现。

常规火箭是伟大的,得到我们,但是他们有自己的局限性。这些火箭也工作推力的基础上:发动机燃烧燃料,创建一个高压气体,被迫离开火箭喷嘴在高速度和火箭会推动相反的方向[来源:大脑]。火箭燃料,然而很沉重和su18新利最新登入per-inefficient。它不能提供足够的力量得到快速的地方。火箭燃料燃烧在努力摆脱地球和送入轨道,然后飞船基本上是被迫海岸[来源:Verhovek]。

等离子体火箭,另一方面,使用更少燃料比这些传统引擎- 1亿倍更少的燃料,事实上[来源:科学预警]。很省油,您可以从地球轨道到月球的轨道只有大约30加仑(113升)的气体[来源:查尔斯]。等离子体火箭逐渐加速,最高时速可以达到34英里(55公里)每秒超过23天,这是四倍的速度比任何化学火箭[来源:Verhovek]。更少的旅行时间意味着更少的风险船舶机械故障和宇航员被暴露于太阳辐射,骨质疏松,肌肉萎缩。VASIMR,推进也将从理论上可以贯穿于整个旅行,这意味着随时可能变化的方向。

是现实的,在这一点上,旅行火星在很短的时间内仍有很长的路要走。达到这些类型的极端距离将需要大量的电力。大多数霍尔推进器和网格离子引擎运行在大约5千瓦的电力。到功率需要的水平到达火星在大约40天,你需要至少200倍[来源:沃克]。最可行的能源产生这么多的权力在外层空间核电源内置引擎。然而,这个时候把核电源我们从18新利最新登入地球到太空的火箭船带来了太多的辐射威胁的情况下崩溃。

所以电源达到那些距离仍然是一个重大的挑战。更不用说人体如何应对不确定性的旅行34英里(54公里)/秒(而不是每18新利最新登入秒4.7英里或7.5公里宇航员旅行到低地球轨道的常规火箭)[来源:Verhovek,西北大学定性推理]。但理论上,给予足够的权力,这些引擎的功能在40天到达火星,这一壮举可能我们不会有敢梦想只是50年前。

出版:2016年9月29日