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碘电推进系统在真空室中点火(图片来源:ThrustMe)

 

近期,法国航天技术公司ThrustMe的Dmytro Rafalskyi和同事开发了一种使用碘的电力推进系统,并首次为卫星提供动力。其性能优于传统氙推进剂,凸显了碘在未来空间任务中的潜在用途。相关研究发表于《自然》。

 

航天器在太空中依靠推进系统移动、改变轨道或避免碰撞。推进剂是推进系统的关键组成部分之一,是从航天器中排出以推动其前进的物质。

 

目前,航天器的电力推进系统主要使用氙作为推进剂,但这种化学物质不仅稀少,而且生产成本高。作为一种气体时,氙气必须高压储存,因此,需要专门的设备保存。

 

碘的原子质量与氙相似,但含量较后者更为丰富,价格也更低。此外,碘还可在无压力环境下以固态储存,这意味着它有助于卫星设计的简化。

 

碘电推进系统通过加热固体碘块,将其转化为气体。这种气体在高速电子的轰击下,形成碘离子和自由电子。然后,带负电的硬件将带正电的碘离子加速至系统的排气口排出,推动航天器前进。

 

研究小组在一颗20公斤重的小型立方体卫星上对上述推进系统进行了测试。该卫星于2020年11月6日发射升空,并位于480公里高度的轨道上。截至2021年2月28日,研究小组在一系列小型试验中成功操作该系统11次。

 

研究小组发现,采用碘作为推进剂的推进系统,其性能略优于氙作为推进剂的推进系统,具有更高的整体能源效率,这表明碘作为推进剂是可行的。

 

“想要实现可持续性的太空探索,人类就不能一直像今天这样制造这么多的太空垃圾,我们需要在所有卫星上安装推进系统。”Rafalskyi说,这样可以让卫星返回地球,而不是在寿命终结后继续停留在轨道上。目前看来,碘作为推进剂的推进系统是实现这一目标的途径之一。

 

但Rafalskyi指出,碘电推进系统仍存在一些需要解决的问题。例如,碘与大多数金属会发生反应,因此研究小组不得不使用陶瓷和聚合物来保护推进系统的部件。此外,固体碘大约需要10分钟才能转化为等离子体,因此,当航天器需要紧急制动以避免发生在轨碰撞时,碘电推进系统可能无法及时提供推进剂。

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