離子推進器更完美的燃料,碘動力衛星完成一系列測試

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 18 日 13:57 | 分類 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


大家對於優碘消毒劑應該都不陌生,事實上,碘在標準情況下以帶光澤的紫黑色固體狀態存在,若在較低壓力下加熱碘,它會直接從固體昇華為氣體,這使得碘成為離子推進器引擎完美的高效燃料。最近,微型衛星推進技術公司 ThrustMe 首次成功在太空測試了碘動力離子推進器,這項開發將有助於改變當前小型衛星設計。

在目前已實用化的火箭技術中,透過電離氣體、然後以電場力將帶電離子加速後噴出的離子推進器(Ion thruster)是最經濟的一種,只要調整電場強度就能調整推力,少量推進劑就可達到非常高的最終速度,因無需攜帶太多燃料,所以可透過小型運載火箭發射升空,節省下來的燃料成本更是可觀。

只不過離子推進器目前使用的推進劑主要為氙氣,價格昂貴、難以儲存、地球含量稀少,且必須另以專用高壓設備才能儲存氣體氙,對航太工業來說,最好尋找另一種推進劑來取代它,而更便宜、更容易找到且能以固體形式儲存的碘成為了最佳替代對象。

然而理論很美滿,現實很骨感,實際上科學家還未成功測試過完全由碘做為推進劑的離子推進系統──直到去(2020)年 11 月 6 日被送進 480 公里高軌道的一顆 20 公斤小型衛星於最近首度完成了一系列碘動力離子推進器測試。

▲ 碘動力離子推進系統。(Source:Nature 期刊

首先,推進系統加熱固態碘使其昇華成氣體,然後受到高速電子轟擊變成碘離子與自由電子,接著帶正電的碘離子被加速至排氣口排出,成功推動飛行器向前飛。截至 2021 年 2 月 28 日,該團隊共成功使系統運行 11 次;整體來看,碘動力離子推進系統性能比基於氙氣的離子推進器高出 50%。

隨著近年來小型衛星蓬勃發展,碘動力推進系統可以讓這些小型衛星在任務最後返回地球,減少留在軌道的太空垃圾。雖然碘具有腐蝕性,可能會損壞發動機甚至衛星本身,在相關技術問世之前得先解決這問題。

新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:ThrustMe

延伸閱讀: