NASA 測試 120 千瓦鋰動力等離子推進器 為火星任務鋪路

NASA 近日成功測試了一款採用鋰動力的實驗性等離子推進器，這標誌著人類火星任務向前邁出了重要一步。位於南加州的 NASA 噴氣推進實驗室 (JPL) 的工程師們點燃了這台電磁發動機，使其達到了美國此類推進系統從未實現過的功率水平。此次測試於 2 月 24 日在 JPL 專門用於高功率電推進研究的真空艙內進行。測試期間，這台原型發動機的運行功率超過了 NASA 現有任何飛行航天器上的電推進器。

研究人員表示，這些結果將為下一階段的開發和測試提供指導。

推進器達到 120 千瓦功率，助力火星任務

NASA 局長賈里德·艾薩克曼表示：「在 NASA，我們同時開展多項工作，但從未忽視火星。我們的推進器在此次測試中的成功表現，展示了在將美國宇航員送上紅色星球方面取得的實質性進展。這是美國首次讓電推進系統在如此高的功率水平下運行，達到了 120 千瓦。我們將繼續進行戰略性投資，推動實現下一次巨大飛躍。」 這款發動機使用鋰金屬蒸汽，屬於磁等離子體動力學 (MPD) 推進器技術類別。

這類系統通過利用電流和磁場以極高速度加速等離子體來產生推力。在五次獨立點火測試中，推進器的鎢電極發出明亮的白光，溫度攀升至超過 5000 華氏度 (2800 攝氏度)。測試在 JPL 電推進實驗室進行，該實驗室擁有一個獨特的設施，能夠安全評估依賴金屬蒸汽推進劑、功率達兆瓦級別的電推進器。 電推進系統的燃料效率遠高於傳統化學火箭，推進劑使用量最多可減少 90%。

與提供短時強勁推力的方式不同，它們提供溫和但持續的推力，在長時間內穩定加速航天器。NASA 已在其如「靈神星」(Psyche) 等任務中使用電推進技術，該探測器目前運行著該機構功率最高的電推進器。假以時日，「靈神星」的推進系統可將航天器加速至每小時 12.4 萬英里。 這款新型鋰驅動 MPD 推進器最終可能提供比現有系統大得多的推力。儘管科學家自 20 世紀 60 年代以來一直在研究 MPD 推進技術，但該技術從未在太空中實際應用過。

在 JPL 最近的測試中，該發動機達到了 120 千瓦的功率，是「靈神星」上飛行推進器功率的 25 倍以上。 JPL 高級研究科學家詹姆斯·波爾克表示：「在過去幾年裡設計和製造這些推進器，為這次首次測試做了長期準備。這對我們來說是一個重要時刻，因為我們不僅展示了推進器的工作能力，還達到了我們的目標功率水平。我們知道我們擁有一個良好的測試平台，可以開始解決擴大規模的挑戰。

」波爾克通過這個 26 英尺長 (8 米長) 水冷真空艙上的小觀察窗觀察實驗。當推進器啟動時，其噴嘴狀外部電極發出強烈光芒，同時產生鮮豔的紅色等離子體羽流。波爾克在電推進技術領域工作了數十年，曾為 NASA 的「黎明號」任務和「深空一號」做出貢獻，後者是首個在地球軌道外展示電推進技術的航天器。 研究人員希望最終將每個推進器的功率輸出提高到 500 千瓦至 1 兆瓦之間。

最大的技術挑戰之一是確保硬件能够在極端溫度下經受長期運行。載人火星任務可能需要總計 2 至 4 兆瓦的功率，這意味著幾台 MPD 推進器可能需要連續運行超過 23000 小時。 科學家認為，鋰驅動 MPD 發動機可能在未來深空探索中發揮重要作用，因為它們結合了強大推力和高效的推進劑使用。與核動力系統配合使用，它們可以減少發射質量，同時搭載人類火星任務所需的重型載荷。

這個 MPD 推進器項目在過去兩年半的時間裡一直在開發中，由 JPL、紐澤西州的普林斯頓等離子體物理實驗室和位於克利夫蘭的 NASA 格倫研究中心合作進行。資金來自 NASA 的太空核推進項目，該項目始於 2020 年，旨在支持為未來火星任務開發兆瓦級核電推進系統。該工作由位於阿拉巴馬州亨茨維爾的 NASA 馬歇爾太空飛行中心管理，隸屬於 NASA 的太空技術任務理事會。