迷你超小衛(wèi)星，或?qū)㈤_啟太空探索的新紀(jì)元！美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)正在建造的一顆微型衛(wèi)星，可能為太空探索開辟新的天地。

普林斯頓大學(xué)正在制造一種被稱為立方衛(wèi)星(CubeSat)的裝置，作為一個(gè)小型火箭推進(jìn)器的試驗(yàn)臺(tái)。該推進(jìn)器由PPPL物理學(xué)家葉夫根尼·雷茨(Yevgeny Raitses)領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)，有望提高立方體衛(wèi)星任務(wù)的靈活性，其中1000多個(gè)已經(jīng)由世界各地大學(xué)、研究中心和商業(yè)機(jī)構(gòu)發(fā)射。

數(shù)以百計(jì)的微型立方體衛(wèi)星

這種由等離子體提供動(dòng)力的推進(jìn)裝置可以提高和降低環(huán)繞地球立方體衛(wèi)星的軌道，這一能力在今天的小型航天器中還沒有廣泛的應(yīng)用，并具有探索深太空的潛力。本質(zhì)上，將能夠在許多任務(wù)中使用這些微型推進(jìn)器。舉個(gè)例子：PPPL磁重聯(lián)實(shí)驗(yàn)(MRX)的首席研究員，物理學(xué)家Masaaki Yamada設(shè)想了數(shù)百個(gè)這樣的微型立方體衛(wèi)星，該實(shí)驗(yàn)研究的是磁重聯(lián)——等離子體中磁力線的分離和爆炸斷裂。

這些磁力線會(huì)觸發(fā)極光、太陽耀斑和地磁風(fēng)暴，從而破壞地球上的手機(jī)服務(wù)和電網(wǎng)。這樣的立方體衛(wèi)星艦隊(duì)可以捕捉到磁層(環(huán)繞地球的磁場)重新連接過程的細(xì)節(jié)。這種小型化的發(fā)動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)圓柱形推力器尺寸，該推力器具有高體積到表面的幾何形狀，是由PPPL霍爾推力器實(shí)驗(yàn)(HTX)開發(fā)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)研究了等離子體（由自由漂浮電子和原子核或離子組成的物質(zhì)狀態(tài)）用于太空推進(jìn)。

關(guān)鍵優(yōu)勢

小型化圓柱形霍爾推進(jìn)器的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢是，它能夠產(chǎn)生比目前大多數(shù)環(huán)繞地球運(yùn)行的立方體衛(wèi)星使用等離子體推進(jìn)器更高的火箭推力密度。小型化推進(jìn)器既能提高密度，又能產(chǎn)生高比沖，比沖是火箭燃燒燃料效率的技術(shù)術(shù)語，比通常用于小型衛(wèi)星的化學(xué)火箭和冷氣體推進(jìn)器所產(chǎn)生燃料效率高許多倍。高比沖推力器使用更少的燃料，可以延長衛(wèi)星的任務(wù)，使它們更劃算。同樣重要的是，高比沖可以產(chǎn)生足夠大的衛(wèi)星動(dòng)量增加，使航天器能夠改變軌道，這是目前繞地球運(yùn)行立方體衛(wèi)星所不具備的特性。

高推力密度將使衛(wèi)星能夠在合理的時(shí)間內(nèi)，完成復(fù)雜的燃料優(yōu)化軌道。這些功能提供了許多好處。例如，立方體衛(wèi)星可能會(huì)下降到較低的軌道，以跟蹤颶風(fēng)或監(jiān)測海岸線的變化，然后返回到較高的軌道，在那里衛(wèi)星的阻力較弱，需要更少的燃料推進(jìn)。這個(gè)大約一英尺長的立方體衛(wèi)星，普林斯頓大學(xué)稱它為“老虎衛(wèi)星”，由三個(gè)垂直堆疊在一起的近四英寸鋁立方體組成。傳感器、電池、無線電設(shè)備和其他儀器將填滿立方體衛(wèi)星，在兩端安裝一個(gè)直徑大致相當(dāng)于兩個(gè)微型推進(jìn)器，當(dāng)衛(wèi)星經(jīng)過地球赤道時(shí)，推進(jìn)器會(huì)點(diǎn)火改變軌道。

機(jī)械和航天工程專業(yè)

建造立方體衛(wèi)星的是普林斯頓大學(xué)機(jī)械和航天工程系大約10名研究生和本科生，丹尼爾·馬洛(Daniel Marlow)是1911年埃文斯·克勞福德(Evans Crawford)物理學(xué)教授，擔(dān)任教員顧問。本科生包括安德魯·雷德(Andrew Redd)和賽斯·弗里曼(Seth Freeman)，雷德負(fù)責(zé)立方體衛(wèi)星的設(shè)計(jì)和建造。從事推進(jìn)器開發(fā)的是雅各布·西蒙茲(Jacob Simmonds)，他是一名三年級(jí)的工程學(xué)研究生，這個(gè)項(xiàng)目最初是Yamada的立方體衛(wèi)星原型，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展成為等離子體推進(jìn)器試驗(yàn)臺(tái)。

PPPL還在建設(shè)一個(gè)測試設(shè)施，旨在模擬立方體衛(wèi)星運(yùn)行的關(guān)鍵方面，大學(xué)生們利用自己的時(shí)間建造衛(wèi)星和這個(gè)設(shè)施。西蒙茲在研究推進(jìn)器的同時(shí)，正在為美國宇航局立方衛(wèi)星發(fā)射計(jì)劃起草一份提案，該計(jì)劃將于11月實(shí)施。這項(xiàng)旨在促進(jìn)公私技術(shù)合作和低成本技術(shù)開發(fā)計(jì)劃所選擇的項(xiàng)目，其發(fā)射成本涵蓋了商用和NASA的運(yùn)載火箭，計(jì)劃要求在2021年秋季發(fā)射一顆這樣的迷你超小衛(wèi)星。

博科園｜研究/來自：普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室

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