能够凭空提供神奇推进剂的发动机——如何实现？ • 登记册

面试 有一天，卫星是否能够利用凭空产生的推进剂产生自己的推力？ 乔治华盛顿大学 (GWU) 和普林斯顿等离子体物理实验室的科学家们是这么认为的。

他们已 授予 美国政府 Boffinry 神经中心 DARPA 提供超过 100 万美元用于建造原型吸气式等离子发动机（APEB）证明该技术可以在极低的地球轨道上驱动电力卫星。

这里， 登记册 与乔治华盛顿大学的博士生 Anmol Taploo 交谈，他开发了一种为这些未来发动机产生等离子体的新方法。

注册：这个想法听起来像是科幻小说中的东西。 它从哪里来的？

在： 离子发动机的概念相当古老。 我认为在 60 年代，有人谈论不必携带推进剂或燃料进入太空，只需利用 [local] 资源。 例如，假设我们可以在月球上利用水作为燃料。 如果我们可以利用金属作为推进剂或空气作为燃料呢？ 有各种各样的理论，而最近二十年的研究正是人们的兴趣开始增长的时候。

注册: 你最后是如何开始从事这项工作的？

在： 当我开始攻读博士学位时，我并不了解这个领域。 我的背景是航空航天工程，更多的是从事燃气涡轮发动机和航天器方面的工作。 我有一些空气动力学背景。 我听说过吸气式等离子发动机，它听起来真的很酷、很有趣，而且可能很新颖。 所以 [my PhD advisor] 说：你为什么不把这个作为一个项目来做呢？ 所以在过去的五六年里，这一直是我的博士课题，并最终获得了 DARPA 奖，该奖被称为 充电和谐 项目。 我们申请了该招标并赢得了 100 万美元的奖金。

注册：您能解释一下 APEB 是如何工作的吗？

​​在： 空气进入发动机，并有一个电子枪发射高能电子。 这些高能电子与空气相互作用并使粒子电离； 这是一种称为电离的链式反应。 然后它们会兴奋并发出发光的光。 等离子体由电荷、正离子和负电子产生。 现在你有了电磁场，并且你有了一个垂直磁场。 带电粒子通过洛伦兹力加速以产生推力。

注册：使用丰富且可持续的能源为航天器提供动力有哪些好处？

在： 大气中已经有空气，所以如果你可以用它作为燃料，那就意味着你不需要携带推进剂箱。 你可以有一个简单的 [spacecraft] 设计和您的启动成本降低。 发射成本最低的是SpaceX的猎鹰重型火箭，每公斤成本约为1500美元。 假设您使用了三到四公斤的燃料，并且有一些额外的重量，那么想象一下每颗卫星每次发射您可以节省多少钱。

注册：带有 APEB 的卫星需要飞到多低才能获得足够的空气？

在： 我想说，我们是唯一瞄准极低轨道（大约 70 至 90 公里）的国家。 这些类型的轨道被称为自清洁轨道或自离轨轨道。

注册：你提到你最终会创办一家公司。 让卫星绕地球更近运行有什么商业优势？

在： 这项技术有三个强有力的商业案例。 一是极高质量的成像，因为与近地轨道上的地球静止卫星相比，您距离地球的距离要近数十倍。 您拥有非常高分辨率的成像，这非常重要。 灾害管理、军事防御——这无疑是一个巨大的市场。 其次是通讯。

第三个也是最大的问题是太空碎片。 因为你在低空轨道上运行，所以你有阻力。 所以，假设你的卫星失控了——我不再谈论燃料，因为燃料是无限的——它会因为高度阻力而自动脱轨，并在重返大气层时燃烧，所以你可以防止空间碎片的形成。

注册：您在 DARPA Change Harmony 项目中的目标是什么？

在： DARPA 合同的下一个里程碑是实现大于 1 的推阻比。

注册：这项技术只对绕地球运行的卫星有用吗？

在： 不，我们已经证明它可以使用多种气体，因此它也有可能用于不同的行星。 它不仅适用于地球，还有潜力用于绕火星、金星或类似泰坦行星的低空运行的航天器。

注册：您认为我们什么时候可以将其部署在太空中的真正卫星上？

在： 我的目标是未来五年。 我可能太乐观了。 ®