作者:麻省理工学院朱明华
描述:麻省理工学院的航天工程师正在测试一种悬停漫游者的概念，这种漫游者通过利用月球的自然电荷漂浮起来
此图显示了漫游者的概念图像
学分:麻省理工学院 麻省理工学院的航空航天工程师正在测试一种悬停漫游者的新概念，这种漫游者通过利用月球的自然电荷悬浮起来
由于缺乏大气，月球和其他没有空气的天体，如小行星，可以通过直接暴露在太阳和周围的等离子体中来建立电场
在月球上，这种表面电荷足够强大，可以将灰尘悬浮在离地面1米以上的地方，就像静电会导致人的头发竖起一样
美国宇航局和其他地方的工程师最近提出利用这种自然表面电荷来悬浮滑翔机，该滑翔机的机翼由聚酯薄膜制成，聚酯薄膜是一种自然保持与无空气物体表面相同电荷的材料
他们推断相似的带电表面应该相互排斥，产生一种力量使滑翔机飞离地面
但这种设计可能仅限于小行星，因为较大的行星体会有更强的反引力
麻省理工团队的悬浮探测车有可能绕过这个尺寸限制
这一概念类似于复古风格的圆盘形飞碟，使用微小的离子束为飞行器充电，并增加表面的自然电荷
整体效果设计为在车辆和地面之间产生相对较大的排斥力，这种方式只需要很少的动力
在一项初步的可行性研究中，研究人员表明，这种离子助推器应该足够强大，可以将一个2磅重的小型飞行器悬浮在月球和像波西卡这样的大型小行星上
“我们认为像日本航天局发射的隼鸟号任务一样使用这种方法，”该论文的主要作者奥利弗·贾-理查兹说，他是麻省理工学院航空航天系的研究生
“那艘宇宙飞船围绕一颗小行星运行，并在其表面部署了小型漫游者
同样，我们认为未来的任务可能会派出小型悬停探测车探索月球和其他小行星的表面
" 该团队的研究结果发表在最新一期的《宇宙飞船和火箭杂志》上
贾-理查兹的合著者是保罗·洛扎诺
阿莱曼-维拉斯科航空航天学教授，麻省理工学院空间推进实验室主任；前客座学生塞巴斯蒂安·汉普尔，现在在麦吉尔大学
离子强度 该团队的悬浮设计依赖于微型离子推进器的使用，称为离子液体离子源
这些微型制造的小喷嘴与一个容器相连，容器中装有室温熔盐形式的离子液体
当施加电压时，液体中的离子被充电，并以一定的力通过喷嘴射出
洛萨诺的团队率先开发了离子推进器，并将其主要用于推进和物理操纵太空中的小型卫星
最近，洛萨诺看到研究显示月球带电表面对月球尘埃的悬浮效应
他还考虑了美国宇航局的静电滑翔机设计，并想知道:装有离子推进器的漫游者能否产生足够的排斥静电力，在月球和更大的小行星上盘旋？ 为了测试这一想法，该团队最初模拟了一个小型的圆盘形火星车，带有离子推进器，可以单独为车辆充电
他们模拟了推进器，将带负电荷的离子从飞行器中发射出去，这实际上给了飞行器一个正电荷，类似于月球带正电荷的表面
但是他们发现这不足以让车辆离开地面
“然后我们想，如果我们把自己的电荷转移到表面来补充它的自然电荷呢？”贾-理查兹说
通过将额外的推进器指向地面，并发射正离子来放大表面电荷，研究小组推断，这种推进可以产生更大的力来对抗漫游者，足以使其悬浮在地面上
他们为这个场景设计了一个简单的数学模型，并发现原则上这是可行的
基于这个简单的模型，研究小组预测，一辆重约两磅的小型火星车，可以使用10千伏的离子源，在普赛克这样的大型小行星上，实现离地约一厘米的悬浮
为了在月球上获得类似的发射，同样的火星车需要50千伏的电源
洛萨诺解释说:“这种离子设计使用非常少的功率来产生大量电压。”
“所需的电力如此之小，你几乎可以免费做到这一点
" 暂停 为了确定这个模型代表了在真实的太空环境中可能发生的事情，他们在洛萨诺的实验室中运行了一个简单的场景
研究人员制造了一个小的六边形测试车，重约60克，大小约相当于一个人的手掌
他们安装了一个指向上方的离子推进器和四个指向下方的离子推进器，然后用两个弹簧将飞行器悬挂在铝表面上，这两个弹簧经过校准以抵消地球的重力
整个装置被放置在一个真空室内，以模拟月球和小行星的无空气环境
研究人员还在实验的弹簧上悬挂了一根钨棒，并利用它的位移来测量每次推进器点火时产生的力
他们给推进器施加不同的电压，测量产生的力，然后用这些力来计算飞行器单独悬浮的高度
他们发现这些实验结果与他们的模型中对相同场景的预测相匹配，这让他们相信它对漫游车在普赛克和月球上悬停的预测是现实的
目前的模型旨在预测简单实现悬浮所需的条件，对于一辆2磅重的车辆来说，悬浮恰好离地面约1厘米
离子推进器可以用更大的电压产生更大的力，将飞行器抬离地面
但是贾-理查兹说，这个模型需要修改，因为它没有考虑到发射的离子在更高的高度会如何表现
“原则上，通过更好的建模，我们可以悬浮到更高的高度，”他说
在这种情况下，洛萨诺说，未来的月球和小行星任务可能会部署漫游者，使用离子推进器在未知的不平坦地形上安全悬停和机动
洛萨诺说:“有了悬浮探测车，你就不用担心轮子或移动部件了。”
“一颗小行星的地形可能完全不平坦，只要你有一个可控的机制来保持你的漫游者漂浮，那么你就可以越过非常崎岖、未经探索的地形，而不必在物理上躲避小行星
"
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
