创纪录功率的电动推进器让火星更接近现实

美国宇航局喷气推进实验室 (JPL) 的一个团队与普林斯顿大学和克利夫兰格伦中心的研究人员合作，成功发射了原型电动推进器，其功率是美国之前测试的任何推进器的 25 倍。磁等离子动力 (MPD) 系统的运行功率达到 120 千瓦，超过了该机构航天器上目前运行的所有电动推进器。这一进展标志着未来人类火星任务迈出了决定性的一步。

测试于 2026 年 2 月在喷气推进实验室的可冷凝金属推进剂 (CoMeT) 真空设施进行，这是一个独特的国家实验室，能够安全地测试使用金属蒸气推进剂的系统。该原型机使用锂金属蒸气作为推进剂，在进行的五次点火过程中，钨电极的温度达到了超过 2,800 摄氏度。

技术超出预期

MPD 推进器与传统电气系统不同，它使用高电流与磁场相互作用并电磁加速锂等离子体。这种创新方法可产生显着且持续的推力，而无需像前几代电动推进器那样完全依赖太阳能。

喷气推进实验室的高级研究科学家詹姆斯·波尔克强调了这一结果的重要性。 “我们不仅证明了推进剂的作用，而且还实现了我们的目标功率水平。”收集的数据为研究人员应对扩大生产的挑战奠定了坚实的基础。原型的建造和设计花费了两年的紧张工作。

MPD 技术并不新鲜。研究人员自 20 世纪 60 年代以来一直在研究它，但在美国从未在如此高的功率下进行过操作。该开发的一个关键方面是，锂动力推进剂在这些测试之前“从未投入运行”，这使得这成为航空航天工程的一个真正的里程碑。

与传统火箭相比，革命性的效率

与传统化学火箭相比，电动推进器具有显着的经济和技术优势。据 JPL 团队称，这些系统比用于逃离地球引力的高功率火箭可减少 90% 的推进剂用量。燃料消耗的大幅减少显着降低了太空任务的成本。

电力推进的工作原理与化学发动机完全不同。它不是燃烧燃料来立即产生推力，而是收集能量并用它来加速少量的电离推进剂。这种缓慢、连续的气体排出会产生持续的推力，如果有足够的时间，其速度将远远高于传统火箭。 NASA 的 Psyche 航天器配备了功率较小的电动推进器，通过使用较小但恒定的力以超过 200,000 公里每小时的速度行驶，已经证明了这种能力。

研究人员表示，锂动力 MPD 推进器有潜力在高功率水平下运行，使用推进剂的效率极高，并提供比当今运行的系统大得多的推力。与核动力源相结合，这些推进器可以减少航天器的发射质量并维持将人类送上火星所需的有效载荷。

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技术挑战和后续步骤

该团队发现了一个重要的障碍：MPD 推进器在运行过程中发出的高温需要能够承受极端温度的组件。提供合适的坚固材料将是未来几年发展的“关键挑战”。

研究人员设定了雄心勃勃的新目标：

• 每个螺旋桨的功率达到 500 千瓦到 1 兆瓦
• 开发可承受2800摄氏度以上温度的材料
• 确保连续运行23000小时以上
• 将多个推进器集成到单个航天器中
• 将核能源纳入火星任务

载人火星任务需要 2 到 4 兆瓦的能量才能在可行的时间内到达火星。为了满足这一需求，最终的航天器可以配备多个 MPD 推进器，同时运行超过 23,000 小时，几乎三年不间断。

定位为战略重点

美国宇航局局长贾里德·艾萨克曼称这次测试是历史性的“第一次”。 “这是美国第一次电力推进系统在如此高的功率水平下运行，”他说。此次测试是该机构太空核推进（SNP）计划的一部分，该计划旨在巩固对未来任务先进技术的探索。

艾萨克曼重申了美国宇航局对将美国宇航员送上火星的长期目标的承诺。 “在美国宇航局，我们正在同时致力于许多事情，并且没有忘记火星。我们将继续进行战略投资，以推动下一次大飞跃。”此次试验的成功证明了这一雄心勃勃的目标取得了“真正的进展”。

NASA 电力推进的历史可以追溯到黎明号和深空一号任务，詹姆斯·波尔克等研究人员将知识应用于推进系统。这一经验为开发目前正在测试的锂动力 MPD 推进器提供了必要的技术基础。