提高用于空间推进的无电极等离子推进器的性能

磁性喷嘴射频等离子推进器在东北大学的 Mega hpt 真空室中运行。 学分:高桥一典

东北大学的一位研究人员提高了大功率无电极等离子推进器的性能,使我们离更深入的太空探索更近了一步。

迄今为止,汽车、火车和飞机等地面交通技术的创新推动了历史技术和产业的发展; 现在,由于电力推进技术,太空中也出现了类似的突破。

电力推进是一种利用电磁场加速推进剂并产生推进航天器的推力的技术。 太空机构率先将电力推进技术作为太空探索的未来。

已经使用电力推进装置成功完成了几项太空任务,例如网格离子推进器和霍尔推进器。 当推进剂电离,即等离子体,并被电磁场加速时,太阳能转化为推力能量。 然而,这些设备所需的电极限制了它们的寿命,因为它们会暴露在等离子体中并被等离子体损坏,尤其是在高功率水平下。

为了规避这一点,科学家们转向了无电极等离子推进器。 一种这样的技术利用射频 (rf) 来产生等离子体。 天线将无线电波发射到圆柱形腔室以产生等离子体,其中磁性喷嘴引导并加速等离子体以产生推力。 MN 射频等离子推进器,或有时称为螺旋推进器,提供简单、操作灵活性和潜在的高推力功率比。

但 MN 射频等离子推进器的发展一直受到射频功率到推力能量的转换效率的阻碍。 早期的实验产生了个位数的转化率,但最近的研究达到了 20% 的适度结果。

在最近发表在《科学报告》上的一项研究中,来自东北大学电气工程系的 Kazunori Takahashi 教授实现了 30% 的转换效率。

虽然成熟的电力推进装置通常使用昂贵且难以供应足够数量的氙气,但目前使用氩气推进剂可获得 30% 的效率。 这表明 MN 射频等离子推进器将降低地球的成本和资源负荷。

“应用尖端型磁场抑制了等离子体源壁上通常发生的能量损失,”Takahashi 说。 “这一突破为大功率空间运输技术的进步打开了大门。”