沒有大氣的天體也能近地表探索,麻省理工學院測試新概念月球懸浮車

作者 | 發布日期 2021 年 12 月 24 日 12:45 | 分類 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


沒有大氣層保護的月球、小行星直接暴露於太陽照射下,雖然對生命不利,但在探索方面卻具有另一優勢。麻省理工學院團隊最近測試了利用月球自然表面電荷使月球車懸浮的概念,可以靠微小離子束將 2 磅重小型飛行器懸在月球或靈神星(Psyche)這種大型小行星上。

在地球上,機動飛行器完全依賴大氣層升空,飛機的機翼需要空氣來產生升力,直升機的螺旋槳也需要空氣來產生推力,也因此在探索其他沒有大氣層的天體時,科學家偏好在地面行走的輪式探測器,如月球車與火星車。不過火星由於還保有稀薄大氣,科學家也嘗試開發高螺旋槳轉速的機智號(Ingenuity)微型直升機,可用比輪式探測器更快的速度探索該星球。

幸運的是,沒有大氣層不一定就寸步難行,像月球、小行星這種沒有空氣的天體,反而可透過直接暴露在太陽與周圍電漿中建立電場,在月球上,這種表面電荷強度足以將灰塵懸浮在離地 1 公尺之處,就像靜電使人的頭髮豎起一樣。

NASA 之前曾指出利用這種自然表面電荷,可以讓機翼由聚酯薄膜構成的滑翔機懸浮,由於類似帶電的表面相互排斥,產生的力可將滑翔機抬離地面。但這種設計僅限於小行星,較大的月球具有更強重力將滑翔機拉回地面。

但麻省理工學院團隊新提出的懸浮車可能不受天體大小限制,該懸浮車類似飛碟,使用微小離子束為機器充電並增加表面自然電荷,只需極小能量就可使懸浮車與地面產生相對較大的排斥力。

▲ 月球懸浮車設計結構。

在初步模擬研究中,研究人員表示能量 10kV 的離子束可將一個 2 磅重的小型飛行器懸在靈神星(Psyche)上 1 公分左右,若懸浮在月球則約需 50kV。

有了模型後,團隊進一步於實驗室中展開簡單實驗,首先製造一個尺寸約手掌大、重約 60 克的小型六邊形設備,接著安裝 1 個朝上的離子推進器(模擬月球引力)、4 個朝下的離子推進器,將設備懸掛在鋁製表面上,旁變還有抵消地球重力的 2 個彈簧,整個裝置再放入真空室內以模擬月球和小行星環境。

彈簧上掛有一根鎢棒,研究人員利用它的位移來測量推進器產生的力,再計算飛行器可能懸浮高度,最終發現實驗結果與模型預測相匹配,讓團隊更有信心此概念未來可應用於實際探索。

2020 年,NASA 估計靈神星可能蘊含價值破萬兆美元的稀有金屬,如能以更方便的方法近距離探索小行星和月球遙遠一角,或能帶來更多意想不到的發現。新論文發表在《Journal of Spacecraft and Rockets》。

(圖片來源:麻省理工學院