NASA測試史無前例的120千瓦太空發動機以實現載人火星之旅

來自美國太空總署噴射推進實驗室（JPL）的科學家團隊在美國成功完成了容量空前的電動推進器原型的啟動。該設備是與普林斯頓大學和克利夫蘭格倫中心的研究人員合作開發的，運行功率範圍為 120 千瓦。所達到的指數比該國已評估的任何其他類似系統的強度高出 25 倍。技術演示於 2026 年 2 月在航太局設施進行。

此實驗在可冷凝金屬推進劑真空室（縮寫為 CoMeT）內進行，可使用金屬蒸氣進行安全測試。該裝置使用鋰蒸氣作為主要燃料來產生必要的推力。在工程師進行的五次點火過程中，引擎的鎢電極記錄的溫度超過了 2,800 攝氏度。技術進步為規劃未來載人火星任務奠定了具體基礎。

磁等離子體動力學系統在實驗室中的功能

所測試的設備被歸類為磁性等離子體動力系統，在航空航太領域通常簡稱為 MPD。此技術與傳統電動馬達的不同之處在於，它應用高強度電流，直接與推進器核心中產生的磁場相互作用。這種物理相互作用以電磁方式加速鋰等離子體離開引擎。連續的過程在太空真空中產生恆定的推力。先前的模型幾乎完全依賴太陽能板發電，限制了在離太陽很遠的距離處加速的能力。

建造原型需要聯合工程團隊兩年的緊張工作。噴射推進實驗室高級研究科學家詹姆斯·波爾克稱讚真空室中獲得的結果是深空探索的重要里程碑。感測器捕獲的數據表明，推進器不僅運行穩定，而且完全達到了任務數學家設計的功率水平。收集這些資訊可以為建立更大版本的設備提供精確的參數。

MPD推進劑的概念自1960年代以來一直在學術界流傳，但實際應用面臨嚴峻的技術障礙。在這次實驗之前，美國領土上從未發生過如此高功率的行動。使用鋰作為引擎動力來源也代表了一項重大創新，因為這種推進劑形式從未在正式任務中進行過飛行。該概念在實驗室的驗證結束了數十年來對該模型可行性的不確定性。

相對於傳統化學火箭的操作優勢

從化學推進到電力推進的轉變為規劃星際旅行提供了巨大的經濟和後勤效益。 JPL 團隊的計算表明，與目前用於打破地球重力的高功率火箭相比，電氣系統可以減少 90% 的推進劑消耗。所需燃料量的大幅節省減少了太空船發射時的總重量。因此，每次任務的財務成本急劇下降，從而可以發送更重的有效載荷。

電力推進的飛行機制在與傳統燃料燃燒不同的物理原理下運作。化學引擎產生受控爆炸，產生立即猛烈的推力，在幾分鐘內耗盡坦克。另一方面，電氣系統從中央源收集能量，並用它來緩慢、不間斷地電離和排出小部分氣體。這種持久的力量在真空中累積數月的速度，最終超過傳統火箭的最大速度。

該航太局已經在太陽系的活躍任務中使用了該技術的較弱版本。 NASA 的 Psyche 探測器目前使用施加小而恆定的力的電動馬達以超過 200,000 公里每小時的速度行駛。研究人員預計，新型鋰 MPD 推進器將提供比運行中的模型大大優越的推力。將這些高性能引擎與緊湊型核反應器結合，成為支撐人類登陸火星所需生命維持模組重量的最可行的解決方案。

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行星際探索的熱挑戰與目標

2026 年 2 月測試的成功也凸顯了工程在首次飛行前需要克服的技術障礙。主要挑戰在於管理磁性等離子體動力系統在加速期間產生的極端熱量。 2,800 攝氏度左右的溫度需要創造能夠承受熱應力而不熔化或變形的新型金屬和陶瓷化合物。尋找足夠堅固的材料將指導該機構實驗室未來幾年的研究。

在整合初步數據後，專案負責人為下一個十年的發展制定了新的技術目標時間表。這些目標旨在將當前技術擴展到長期載人旅行所需的標準。優先事項包括：

• 將每個推進器的容量提高到500千瓦至1兆瓦的範圍。
• 合成在攝氏 2,800 度以上仍能保持結構完整性的金屬合金。
• 確保引擎不間斷運轉超過23000小時。
• 同步整合在同一空間底盤上的多個推進器的操作。
• 在前往火星的旅程中，結合安全的核能能源為系統提供動力。

太空任務建築師計算出，一艘飛往紅色星球的載人太空船將需要 2 到 4 兆瓦的總能量，才能在對太空人來說生物安全的時間內完成旅程。滿足如此龐大的能源需求需要安裝包含多個 MPD 推進器的陣列。這些引擎需要同時、完美地連續運轉近三年，並且在深空運輸期間不可能進行任何外部維護。

核推進計劃和該機構的時間表

美國宇航局局長賈里德·艾薩克曼關注了實驗室的結果，並稱發動機點火是航空航天工程的歷史性事件。這位高層強調，電力系統在這些功率水準上的運作標誌著美國的典範轉移。該實驗是太空核推進計劃（SNP）的一部分，該計劃協調政府掌握新一代運輸技術的努力。該倡議旨在保證必要的基礎設施，以將人類的存在擴展到月球軌道之外。

艾薩克曼重申，該機構的長期重點仍然是美國太空人抵達火星表面。該機構開展了多個並行項目，但仍保持戰略投資，旨在使這一探索性飛躍成為可能。鋰推進器的性能代表了勘探委員會制定的時間表內切實、可衡量的進展。 MPD 技術的驗證減少了星際運輸工具最終設計的不確定性。

能夠建造新引擎的知識庫源自於該機構數十年累積的實務經驗。深空一號和黎明探測器等開創性任務成為第一代太空電力推進的測試平台。詹姆斯·波爾克等專家運用從這些機器人衛星中學到的經驗教訓來解決舊模型的設計缺陷。離子和等離子體加速系統的不斷發展現在在鋰原型中達到了頂峰，為未來幾十年內穿越行星際空間的船舶建造鋪平了道路。