射频感应(射频感应等离子体)

 

美国《大众机械》月刊网站3月7日发表题为《碘动力卫星可拯救近地轨道》的文章，作者系珍妮弗·莱曼。全文摘编如下：

过去十年，地球轨道上的小型卫星数量一直在稳步增加，而且发射步伐还在加快。在未来几十年中，美国一网公司、太空探索技术公司、亚马逊公司等卫星运营商，计划将数以万计的卫星送入轨道，以提高宽带互联网在全球的覆盖率。

通常，为这些小型卫星提供动力的电力推进系统依赖氙或氪等昂贵的气体推进剂，但氙和氪供应不足。

氙是首选推进剂，但价格太贵，约为每公斤3000美元。它还是一种有限的资源，在地球大气中的含量不足千万分之一。由于照明和成像等很多行业也要使用这种气体，氙供应不足的问题就显得尤为棘手。人们对氪的需求也很大。太空探索技术公司的星链卫星使用的推进剂就是氪。氪尽管比氙便宜，但效率没那么高。此外，全球超过一半的氪被用于为建筑物的窗户隔热。随着全球变暖，以及建筑承包商致力于减少大型建筑的能源损耗，对氪的需求预计还会增长。

等离子体物理学家特雷弗·拉弗勒博士是法国航天企业推进公司的首席工程师，他和同事致力于开发一种更便宜、更可持续的推进剂。这种推进剂能够安全有效地推动卫星沿轨道运行。

碘这种矿物存在于土壤和海藻等多种资源中，储量非常丰富——全球产量是氙的500倍，价格仅为氙的1/100。尽管碘的质量与氙大致相当，但储存密度是氙的3倍、氪的9倍。氙和氪都以气体的形式被储存在加压罐中。碘则可被装进一个较小的不加压容器中。这样一来，实现小型化的难度就降低了。试验结果证明，碘的效率是氙的两倍。它运输起来也更安全，而且推进器可以加完碘后再运输，这样买家就不必再花时间从当地供应商那里采购推进剂。

2021年2月，推进公司完成了史上首个碘离子推进器太空试验。在轨道上，名为NPT30-I2的推进器共点火11次，这么做既是为了测试它是否正常运行，也是为了改变它推动的卫星（由天仪研究院研制）的位置。2021年11月，推进公司在英国《自然》周刊上分享了试验结果。

英国南安普敦大学航空航天工程师查理·瑞安博士说：近20年来，人们一直在谈论如何用碘制造离子推进器。（这次试验）是向前迈出的相当大的一步。

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推进公司是第一家推出和测试碘推进器的公司，但它不是唯一开发这项技术的企业。意大利航天企业T4i在2021年推出了一种类似的碘推进系统。

推进公司的推进系统的工作原理是：位于专门容器内的加热器会加热固体碘，将它变成气体。这种气体会进入一个专门的放电室，放电室被一个射频感应天线环绕。射频感应天线类似于电磁炉，会加热气体并将其变成等离子体。拉弗勒说：这实际上是一种电子和正离子组成的汤。然后，一对高压电网会从这种汤中提取正离子，使其加速以产生推力。

然而，碘未必是万灵药。它的腐蚀性很强，因此推进公司的团队用陶瓷和聚合物制成涂层，将推进器最关键的部分包裹起来。此外，该系统需花10分钟才能使自身温度升至足以将固体碘转化为等离子体的水平，这会影响卫星快速调整轨道的能力。拉弗勒说，这个问题可能会随着动力的增加而得到改善。

推进公司计划扩大其系统的尺寸，以满足各种任务的需要。拉弗勒说，该公司正在开发现有推进系统的一个较大版本，以及一种将多个推进器集中到一起的系统。

这个推进系统也可以缩小。目前在轨运行的许多卫星都太小，无法容纳推进系统。未来的卫星可以配备推进公司的碘推进器的微型简化版本。这种推进器的威力够强，足以让卫星完成躲避操作并重新进入地球大气层，从而减少同太空垃圾相撞的可能性。

来源：参考消息网

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