New rocket aims for cheaper nudges in space: Plasma thruster is small, runs on inexpensive gases
http://www.physorg.com/news154621961.html
By Elizabeth A. Thomson, February 23rd, 2009
(PhysOrg.com) -- 環繞地球的衛星偶爾需要輕推以維持在正確的軌道上。MIT 科學家正開發一種新火箭，那能使這件事以及使其他太空船機動的成本更低廉 -- 當更多私人公司開始在太空中作業時，這個動機會愈顯重要。
這套新系統，稱為 Mini-Helicon Plasma Thruster（譯註：Helicon 山是希臘繆斯女神們居住之處），比其它同類火箭更小，而且運作所用的氣體比傳統推進劑要便宜許多。因此，它與為了相同應用而使用的傳統系統相較，能大幅削減燃料消耗量達 10 倍，Oleg Batishchev 說，航太系首席研究科學家，同時也是這項研究的領導者。
目前用來維持一衛星之軌道、將一太空船從某個軌道推向另一個軌道，或其他在太空中之機動的推進系統，均倚賴發生於燃料之中的化學反應、釋出能量，最終推進物體。
雖然這樣的系統已將人類攜往月球且經常用於其他應用上，不過它們有所限制。例如，化學火箭十分昂貴，主要是因為它們所使用的燃料數量。因此，工程師正在開發替代的、非化學的火箭。在這當中，一種外部電能來源用於加速推進劑，那提供推力，使太空船在太空中移動。
這種非化學的火箭已成功為 NASA 與 ESA 在太空任務中所用，包括 NASA 的 Deep Space 1，那涉及彗星與小行星的飛越（flyby）。
但這個領域仍相對較新，而且這些先進的火箭是 MIT Space Propulsion Laboratory (SPL) 眾多焦點之一。"Mini-Helicon 是各種火箭推進器中一個令人振奮的例子，是一種可以想到要運用外部電能而非鎖在裡面的化學能的火箭推進器。其他在我們 SPL 的研究包括 Hall 火箭推進器與 Electrospray（電灑）火箭推進器。這個領域易於吸引具有強烈物理學背景的學生，因為它位於物理學與工程學十字路口上，有大量的發明空間，" Manuel Martinez-Sanchez 表示，SPL 主任以及航太系教授。
Mini-Helicon 是第一個以氮來運作的火箭，我們大氣中數量最多的氣體。
這種火箭的構想是來自於前太空人 Franklin Chang-Diaz（ScD 1977）對一種規模更大、更強之系統的研發。Batishchev 的團隊經過理論性分析證明，在這個大火箭三個部份中的第一部份，或許能為了其他不同應用而單獨使用。
這個構想是「一種基於（Chang-Diaz 系統）第一階段的火箭，比較小也比較簡單，有許多經濟的應用，」Batishchev 說，他提到該團隊的原型能裝入一個大鞋盒中。
自此之後，12 位 MIT 學生投入 Mini-Helicon 的研究，到目前為止產生了一位博士與四位碩士的論文。然而，Batishchev 提到，在這項技術能商業化使用前可能還要等上幾年，部份是因為 NASA 與其他單位的鑑定政策。
Mini-Helicon 有三個一般部件：一個被天線所盤繞的石英管，四周有磁鐵環繞。感興趣的氣體被泵入石英管中，在此，射頻（rf）電力從天線傳給氣體，將氣體轉變成電漿，換言之帶電荷的氣體。
這些磁鐵不只幫忙製造電漿，還能夠限制、引導以及使其加速通過系統。"自管內排出的電漿正是賦予我們推力來推進火箭的東西，" Batishchev 說。
他提到來自這個新火箭的排出速度比一般化學火箭的速度要超出 10 倍，故所需的推進劑會更少。
研究仍在進行。Batishchev 提到，去年夏天，為了好玩，他的團隊以玻璃瓶（石英管的替代品）還有鋁罐（rf 天線）打造一個電漿火箭，這些都是軟性飲料的罐子。結果有效！（譯註，用可樂瓶做的：http://www.youtube.com/watch?v=vpEnnUHo9yg）"那證明這是一種強健、簡單的設計。所以，原則上，能開發出一種更簡單的設計，" 他說。
這項研究由 Air Force Research Laboratory 所資助。
※ 所需電力可來自於太陽能。相關報導：
＊ Mini Plasma Thruster Way Better Than Rockets - Wired Science from Wired.com
http://blog.wired.com/wiredscience/2009/02/plasmathruster.html
＊ 電漿火箭發射！ -- 科學人
http://sa.ylib.com/news/newsshow.asp?FDocNo=1363&CL=63
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