离子推进器更完美的燃料,碘动力卫星完成一系列测试

大家对于优碘消毒剂应该都不陌生,事实上,碘在标准情况下以带光泽的紫黑色固体状态存在,若在较低压力下加热碘,它会直接从固体升华为气体,这使得碘成为离子推进器引擎完美的高效燃料。最近,微型卫星推进技术公司ThrustMe首次成功在太空测试了碘动力离子推进器,这项开发将有助于改变当前小型卫星设计。

在目前已实用化的火箭技术中,通过电离气体、然后以电场力将带电离子加速后喷出的离子推进器(Ion thruster)是最经济的一种,只要调整电场强度就能调整推力,少量推进剂就可达到非常高的最终速度,因无需携带太多燃料,所以可通过小型运载火箭发射升空,节省下来的燃料成本更是可观。

只不过离子推进器目前使用的推进剂主要为氙气,价格昂贵、难以存储、地球含量稀少,且必须另以专用高压设备才能存储气体氙,对航天工业来说,最好寻找另一种推进剂来取代它,而更便宜、更容易找到且能以固体形式存储的碘成为了最佳替代对象。

然而理论很美满,现实很骨感,实际上科学家还未成功测试过完全由碘作为推进剂的离子推进系统──直到去(2020)年11月6日被送进480公里高轨道的一颗20公斤小型卫星于最近首度完成了一系列碘动力离子推进器测试。

碘动力离子推进系统。 (Source:Nature期刊)

首先,推进系统加热固态碘使其升华成气体,然后受到高速电子轰击变成碘离子与自由电子,接着带正电的碘离子被加速至排气口排出,成功推动飞行器向前飞。截至2021年2月28日,该团队共成功使系统运行11次;整体来看,碘动力离子推进系统性能比基于氙气的离子推进器高出50%。

随着近年来小型卫星蓬勃发展,碘动力推进系统可以让这些小型卫星在任务最后返回地球,减少留在轨道的太空垃圾。虽然碘具有腐蚀性,可能会损坏发动机甚至卫星本身,在相关技术问世之前得先解决这问题。

新论文发布在《自然》(Nature)期刊。

(首图来源:ThrustMe)