據(jù)外媒New Atlas報道，由于美國能源部（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開發(fā)的一種新的火箭概念，利用磁場產(chǎn)生推力，前往火星的載人任務(wù)可能會更加實(shí)際。

在過去的64年里，機(jī)器人衛(wèi)星和探測器取得了顯著的成功，但這些衛(wèi)星和探測器的體積都比較小，最重的是ATV貨運(yùn)飛船，滿載重量為44738磅（20293公斤）--而且那個飛船只進(jìn)入了低地軌道。最大的深空探測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航天器穿越太陽系和更遠(yuǎn)的地方的發(fā)動機(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，在推進(jìn)劑用完之前，它們不能發(fā)射很長時間。電動推進(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，這兩種燃料對于將宇航員載到火星上都沒有什么吸引力。其中一種可能會快速啟動，另一種可能會緩慢啟動，但它們都意味著數(shù)月甚至數(shù)年的漫長而危險的航行。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)大的磁場中，在那里發(fā)生復(fù)雜的相互作用。

對于推進(jìn)系統(tǒng)來說，Ebrahimi對一種叫做磁重聯(lián)的相互作用特別感興趣，這是磁能轉(zhuǎn)化為粒子的動能、熱能和輻射能的過程。這種現(xiàn)象不僅在太陽上看到，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的國家球面環(huán)面實(shí)驗(yàn)（NSTX）。

在一個非常普遍的方式，磁推進(jìn)器就像航天器上越來越常見的離子推進(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，然后利用電場對其進(jìn)行加速。對于新概念的推進(jìn)器來說，是由磁場來加速的。

到目前為止，PPPL計(jì)算機(jī)和加州伯克利勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的國家能源研究科學(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。

“長途旅行需要幾個月或幾年的時間，因?yàn)榛瘜W(xué)火箭發(fā)動機(jī)的比沖力很低，所以飛行器需要一段時間才能達(dá)到速度，”Ebrahimi說。“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間內(nèi)完成長距離任務(wù)?！?/p>

除了縮短旅行時間，新的推進(jìn)器概念還可以通過微調(diào)磁場進(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，而在這個概念中，你可以使用任何類型的氣體，”Ebrahimi說。

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