分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

知識大圖解:離子推進器如何推動太空船

7071

(點擊看大圖)

實現科幻小說裡的神奇科技

離子推進器的研究始於1950年代,當時NASA的格蘭研究中心(Glenn Research Center)率先為火箭設計離子推進器。

離子推進系統透過陰極管把電子送到推進器裡。原本就帶負電的電子在放電腔裡與推進劑(通常是惰性氣體氙)接觸,再被強力電磁鐵所吸引。自由電子碰到推進劑裡的中性原子時,氙會分裂成兩個帶負電的電子和一個帶正電的離子。

離子會被拉進離子光學系統裡,也就是包含數千個同軸孔的電極。靠近出口的那端帶負電,靠近火箭的那端帶正電。帶正電的離子會流向帶負電的那一端,壓縮並形成離子流。離子流從推進器末端噴出,提供推動火箭所需的動力。

為了讓推進系統整體維持在既非正電也非負電的情況,一條稱為中和器(neutraliser)的陰極管會把帶負電的電子打進離子流。電子與帶正電的離子混合在一起,使排出的廢氣保持中性。

離子推進器最大的好處是推動火箭的速度比化學推進器快了許多。已退役的太空梭極速是每小時2萬8000公里,離子推進器可讓極速達到每小時32萬2000公里!

遺憾的是,離子推進器的缺點是推力很小,只能製造0.5牛頓的力(0.1磅),差不多等於手裡拿著10枚新台幣五圓銅板。因此加速極度緩慢,不過可持續很長的時間。

更持久、更有力、更快速

離子推進器的兩大好處是續航力與推動火箭的速度都超越以往。

NASA的氙離子推進器(Evolutionary Xenon Thruster,簡稱NEXT)是全球最先進的推進器之一。它在一場供能時間的實驗中持續運作4萬8000小時,長達五年半以上。

實驗過程中,NEXT推進器只用了870公斤燃料,還不到傳統推進器的十分之一,後者消耗的燃料是1萬公斤。

減輕重量可使小型太空船也能執行太空任務,或是讓大型太空船進行時間超越以往的長期任務。

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第04期(2015年1月號)
更多精彩內容請上知識大圖解

想要耳聽分享,嘴吃熱炒、手領好書、同時認識一大群愛科學的朋友嗎?

「生猛科學」的特色是:

  1. 只在台灣南部舉辦(精準一點的定義是雲林以南,一直到屏東)。
  2. 只找當地最生猛的科學人擔任講者。
  3. 只談在地的科學,或是在地人最關注的科學。
  4. 只在最生猛的生猛熱炒舉辦。

我們希望透過「生猛科學」系列活動,更認識在地科學社群,並且讓在地的科學除了讓更多在地人知道以外,也透過PanSci的網絡傳得更遠。好久沒辦了想要見見最生猛的你,限量 25 個名額!報名還可獲得科普好書一本,原價800元,現在只要600元!

[報名 10/1 (日)生猛科學@高雄]

關於作者

How It Works擅長將複雜的知識轉化為活潑有趣的圖解知識,編輯方式以圖像化百科呈現,精簡易懂、精采動人、深入淺出的圖文編排,讓各年齡層的讀者們都能輕鬆閱讀。