大家对于优碘消毒剂应该都不陌生,事实上,碘在标准情况下以带光泽的紫黑色固体状态存在,若在较低压力下加热碘,它会直接从固体升华为气体,这使得碘成为离子推进器引擎完美的高效燃料。最近,微型卫星推进技术公司 ThrustMe 首次成功在太空测试了碘动力离子推进器,这项开发将有助于改变当前小型卫星设计。
在目前已实用化的火箭技术中,透过电离气体、然后以电场力将带电离子加速后喷出的离子推进器(Ion thruster)是最经济的一种,只要调整电场强度就能调整推力,少量推进剂就可达到非常高的最终速度,因无需携带太多燃料,所以可透过小型运载火箭发射升空,节省下来的燃料成本更是可观。
只不过离子推进器目前使用的推进剂主要为氙气,价格昂贵、难以储存、地球含量稀少,且必须另以专用高压设备才能储存气体氙,对航太工业来说,最好寻找另一种推进剂来取代它,而更便宜、更容易找到且能以固体形式储存的碘成为了最佳替代对象。
然而理论很美满,现实很骨感,实际上科学家还未成功测试过完全由碘做为推进剂的离子推进系统──直到去(2020)年 11 月 6 日被送进 480 公里高轨道的一颗 20 公斤小型卫星于最近首度完成了一系列碘动力离子推进器测试。
▲ 碘动力离子推进系统。(Source:Nature 期刊)
首先,推进系统加热固态碘使其升华成气体,然后受到高速电子轰击变成碘离子与自由电子,接着带正电的碘离子被加速至排气口排出,成功推动飞行器向前飞。截至 2021 年 2 月 28 日,该团队共成功使系统运行 11 次;整体来看,碘动力离子推进系统性能比基于氙气的离子推进器高出 50%。
随着近年来小型卫星蓬勃发展,碘动力推进系统可以让这些小型卫星在任务最后返回地球,减少留在轨道的太空垃圾。虽然碘具有腐蚀性,可能会损坏发动机甚至卫星本身,在相关技术问世之前得先解决这问题。
新论文发表在《自然》(Nature)期刊。
- New iodine-based plasma thruster tested in orbit
- In-orbit demonstration of an iodine electric propulsion system
- Iodine-powered satellite successfully tested in space for first time
(首图来源:ThrustMe)
延伸阅读:
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