## 美国国家航空航天局正借助一款比其以往测试过的任何发动机都更强大的发动机加速向火星迈进

NASA完成了一系列关于以液态锂为燃料的高功率等离子体发动机的新测试，达到了创纪录的性能水平。

美国国家航空航天局正凭借一款比其以往测试过的任何引擎都更强大的引擎加速迈向火星——美国国家航空航天局

几十年来，将锂用作航天器推进剂的想法主要只是一个诱人的理论选项。处理这种金属的复杂性，加上化学推进长期以来的主导地位，使得它在太空时代的大部分时间里都被束之高阁。随着对火星探索的重视程度不断提高，液态锂终于迎来了备受关注的时刻。

在空间推进领域用碱金属替代惰性气体的概念并不新鲜，这一概念其实由来已久。当时，工程师们已发现锂的潜力，但某个航天项目的紧迫性及其对化学推进技术的依赖，实际上将这些想法暂时搁置。如今，相关目标已发生变化，紧迫性也有所不同。

为什么锂改变了深空推进的计算方式

当前的离子推进器和霍尔效应推进器，这类已搭载在卫星和探测器上的推进器，主要使用氙气。这种惰性气体稳定、易于电离且被充分研究。但对于长期载人航天飞行来说，它存在严重的缺点：价格极其昂贵，而且难以以数月之久的火星之旅所需的工业级数量储存。

锂是一种极具吸引力的替代选择。作为元素周期表中最轻的金属，其低原子质量使得洛伦兹力能将离子加速到远高于较重的氙所能达到的喷射速度。这转化为更高的比冲，即单位燃料产生更多推力，进而减少航天器需要携带的推进剂总质量。对于重型货运任务而言，这种权衡至关重要。

JPL高级研究科学家詹姆斯波尔克凝视着JPL电推进实验室的可冷凝金属推进剂（CoMeT）真空设施，他的团队开发的高功率电推进器原型近期正在那里接受测试——NASAJPL加州理工学院

根据LesNumériques的说法，锂在地球上的相对丰度也使其具有明显的经济优势，这让它成为未来载人航天飞行所需的工业规模生产的有力候选材料。

一项以度数和腐蚀程度衡量的工程挑战

在推进系统中处理液态锂，坦白说，是一个极其棘手的工程难题。与氙气不同——氙气在室温下已是气体——锂必须先加热至液化，再汽化后才能注入发动机的放电室。在测试中进行的五次电极点火过程中，温度高达2800摄氏度。

NASA喷气推进实验室和格伦研究中心的工程师们必须设计一套燃料输送系统，该系统需能抵抗熔融锂的极端腐蚀特性，同时保持精确的温度控制以防止喷射器堵塞。

原型推进器被置于JPL的可冷凝金属推进剂（CoMeT）真空设施内，该设施是一项独特的国家资产，旨在安全测试使用金属蒸汽推进剂的推进器，这些推进器是潜在兆瓦级电力推进系统的组成部分——美国国家航空航天局JPL加州理工学院

该推进器在近期测试系列中成功实现了功率达120千瓦的运行。这一功率大约是普赛克探测器上发动机的25倍，工程师表示，这种输出规模对于推动载人火星任务所需的大型航天器至关重要。

接下来会发生什么，以及还有多长的路要走

测试结果得到了该机构高层的热烈回应。在NASA，我们同时处理大量项目，并且从未忽视火星探索。此次测试中推进器的成功表现表明，在将美国宇航员送上火星（让其踏上这颗红色星球）方面取得了切实进展，美国航天局一位负责人表示。

不过，从成功的地面测试到完全投入使用的深空推进系统，这一路径依然漫长。下一步将进行耐久性测试，让发动机运行数千小时，以确定等离子体是否会随时间逐渐侵蚀推进器的内壁。

喷气推进实验室测试下一代电推进器

火星任务最终需要这些磁等离子体动力（MPD）推进器在大约23000小时的运行中维持2到4兆瓦的功率输出。120千瓦和数兆瓦之间的差距是真实且显著的。不过，有了这次测试的基础，NASA的工程师们现在有了具体的依据可以继续研究。

BY: Sarah Talbi

FY: AI

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