光子火箭和离子火箭的区别(光子火箭和离子火箭的区别在哪)

在过去的半个世纪里，人们不再局限于仰望黑夜中闪烁的星星空，我们已经踏上了探索宇宙的伟大征程。虽然人类已经踏上了月球，但是无人机和机器人只能在遥远的地方使用。

我们依靠传统的火箭将我们带出地球，但它们有其局限性。火箭通过发动机燃烧燃料，产生高压气体。产生的气体从火箭的喷口高速排出，火箭被推向相反的方向。然而，火箭燃料很重，效率很低。它无法为我们探索更远的地方提供足够的动力。火箭燃料燃尽，离开地球进入轨道，然后飞船基本被迫停止运行。

假设我们要乘火箭探索火星——火星距离地球约1.4亿英里(2.253亿公里)。即使在最近的时间里，它仍然距离我们的地球大约3500万英里(5630万公里)。传统的化学火箭通常会带我们进入Waitai 空，至少需要7个月才能到达那里。有什么办法可以加快速度？等离子火箭！

世界通常分为三种物质状态:固态、液态和气态。当物质变冷时，它是固体。当它变热时，它变成液体。当施加更多的热量时，你会得到一种气体。然而，这个故事并没有结束。当你增加更多的热量时，你会得到什么？额外的能量和热量将气体中的中性原子和分子分解成典型的带正电荷的离子和带负电荷的电子。带电粒子赋予了等离子体导电的特性，所以等离子体技术被用来制造我们日常使用的各种物品。电脑，霓虹灯，甚至一袋薯片里面的金属涂层都是用等离子技术制造的。还有等离子电视，它利用等离子体释放光子，在屏幕上为你提供像素的彩色显示。事实上，宇宙中99%的普通物质都处于等离子体状态，包括我们的太阳在内的大多数恒星都是由等离子体构成的。

通过使用等离子技术，火箭可以使人类到达我们以前不敢想的地方。由于地球表面附近的空气体密度减缓了产生推力所需的等离子体中的离子加速，因此这些火箭需要处于外层空之间的真空状态才能发挥作用，因此我们实际上无法用它们将火箭带出地球。但是，这些等离子发动机中的一部分从1971年就开始在Tai 空运行了。NASA通常用它们来维护国际空站和卫星。

在等离子体火箭中，利用电场和磁场的组合，将推进剂气体的原子和分子分解成一组带正或负电荷的粒子。换句话说，推进气体变成了等离子体。然后施加电场，从发动机后部放出离子，利用反冲原理将火箭托起至Tai 空。由等离子火箭提供动力，宇宙飞船理论上可以达到123，000英里/小时(198，000公里)的速度。以这个速度，一分钟就能从纽约到洛杉矶！

另一方面，等离子火箭使用的燃料比这些传统发动机少得多。燃料减少1亿倍。它的燃料效率非常高，可以用大约30加仑(113升)的气体从地球轨道跑到月球轨道。等离子体逐渐加速，在23天内可以达到每秒34英里(55公里)的最大速度，比任何化学火箭都快4倍。旅行时间的减少意味着船只出现机械故障和宇航员暴露在太阳辐射下、骨质流失和肌肉萎缩的风险更小。

等离子火箭的工作原理是一样的:电场和磁场并排工作。首先，气体(通常是氙或氪)被转换成等离子体，然后等离子体中的离子被加速，以超过45000英里/小时(72400公里/小时)的速度离开发动机，在所需的行驶方向上产生推力。霍尔推力器是目前Tai 空中常用的两种等离子体发动机之一。在该装置中，电场和磁场以垂直方式布置在腔室中。当电功率通过叠加场时，电子开始以超快的速度旋转。当推进气体注入装置时，高速电子从气体和等离子体中的原子中移除电子。这些等离子体将从发动机后部射出，产生推动火箭前进所需的推力。虽然离子的两个电离和加速过程是分步发生的，但都发生在这台发动机的同一个空室。霍尔推进器可以产生很大的推力，所以可以跑得很快。但是它们的燃料效率有限。

为了找到更高燃油效率的发动机，NASA 空发明了网格离子发动机。在这种常见的装置中，电场和磁场沿着机舱的墙壁布置。在这个发动机中，电离和加速发生在两个不同的空之间。虽然格栅离子发动机比霍尔推力器省油，但缺点是不能产生单位面积的推力。

最后还有第三种发动机:VASIMR，可变比冲磁铁火箭的缩写。这种由前宇航员富兰克林·钱德亚兹研制的火箭现在只处于测试阶段。在这种装置中，通过天线产生的无线电波产生离子，形成等离子体。下游的另一个天线增加了能量，使离子以非常快的速度绕着圆圈旋转。磁场提供了方向性，使离子以直线方式释放出发动机，从而传递推力。如果有效，这种火箭将具有巨大的节流范围，这是霍尔推力器和离子栅发动机无法轻易实现的。短时间内去火星旅行还有很长的路要走。大多数霍尔推进器和栅极离子引擎运行大约5千瓦的功率。为了在40天内达到到达火星所需的能量水平，它至少需要这个数量的200倍。在Waitai 空中产生这种能量的最可行的能源是内置在发动机中的核动力源。但是这个时候把我们火箭船上的核动力源从地球放到Tai 空会造成太大的辐射威胁。因此，达到这些距离的电源仍然是一个重大挑战。更不用说人体以每秒34英里(每秒54公里)的速度行进的不确定性(相对于宇航员在常规火箭中以每秒4.7英里或7.5公里的速度行进到较低的地球轨道)。

但理论上，如果能提供足够的动力，这些发动机可以在40天左右到达火星。科幻故事正逐渐变成现实。未来是什么样的？会不会像《2001泰空漫游》里描述的那样？