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在制造无电极航天器推进发动机的道路上

经过phys.org.|2017年6月13日

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宇宙由等离子体构成,这容易受到磁场和力的影响,导致复杂的行为。在整个太阳能系统中找到了等离子体,如行星磁层,太阳能和彗星尾部。

等离子体流拉伸的磁场导致场沿等离子体流动的分量。这些磁场经常在太空中观测到。相比之下,在地面实验室的科学家们经常发现,由于等离子体的抗磁性,磁场被降低了。这意味着等离子体可以产生磁场与施加的方向相反所以电场线发散。

日本东北大学(Tohoku University)的研究人员一直在试图找出等离子体流动是如何受到环境的影响的实验室实验在无电极等离子体推力器的研究上也取得了进展宇宙飞船.

宇宙飞船推进的方法有很多种,各有优缺点,但电力推进已经成熟并得到了广泛的应用。电能等离子体推进器可以提供大的推力密度,而无需将电极暴露于等离子体,这会随着时间的推移造成侵蚀的损坏。

虽然几乎所有航天器都使用化学火箭进行发射,但一旦硬件进入太空,就需要推进来操纵航天器进行轨道维护、供应任务和空间探索。在这里,排气速度更高的电力推进是首选,因为它通常比化学火箭使用更少的推进剂。由于航天器一旦离开地球就很难进行一般的维修,因此其内部组件的可靠性对于长期任务至关重要。

等离子体推进器的一些新概念涉及一种被称为磁性喷嘴(Mn)的膨胀磁场,其中,在排出空间时,等离子体被自发地加速以推动航天器。

在实验室实验中已经证明了推进航天器的MN诱导的力,并源自沿施加的等离子体沿相反方向诱导磁场。这就像面向n杆的磁铁一样:一个人会排斥另一个。以相同的方式,推进MN中的等离子体基本上分散磁场。但是因为磁场闭合并转向航天器,等离子体,受到现场影响的等离子体转,使得净推力零。

为了克服这个问题,研究人员提出了一种情况磁场线通过等离子体流向无限远。到目前为止,大多数实验室实验都集中在分叉的Mn上而不是拉伸的场。

在Ohoku大学的实验室,Kazunori Takahashi和Akira Ando成功地观察到两种等离子状态发散和拉伸Mn之间的空间过渡。在这里,当在Mn的下游区域检测到场的拉伸时,它们识别过渡,而等离子体状态辐散的MN(即由MN产生的推力)仍然维持在MN的上游区域。

这一结果可能意味着等离子体流可以在保持MN产生推力的同时引导磁场进入空间。虽然一直认为当等离子体流达到特定的速度(阿尔芬速度)时,磁场会发生拉伸,但实验表明,它实际上是以比预期的更慢的速度发生的。

磁场强度的变化目前仅为应用磁场强度的几个百分点,但这是克服等离子体推力器中等离子体与MN分离问题的重要的第一步。此外,这个实验还提供了一些线索等离子体在不同的环境中,架起了实验室和自然世界之间的桥梁。

还需要对广泛参数,理论建模和数值模拟的进一步详细实验。

详细信息可在发表的论文物理评论信.


了下:航空航天+防御


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