NASA的新型电动推进系统

太阳能推进霍尔效应推进器正在美国宇航局的真空条件下进行测试。

自太空计划开始以来，人们就被大型强大的火箭迷住了，例如将阿波罗号送入月球的美国宇航局的土星V火箭，或将阿提米斯的宇航员送回太空时将产生数百万磅推力的太空发射系统到月球。

但是，如果NASA工具箱中功能最强大的推进系统在达到最高200,000 mph的速度时产生不到一磅的推力呢？如果它成本更低，运载更多并且使用更少的燃料怎么办？

这个基本系统是太空电推进系统。与化学推进系统相比，它可以减少多达90％的燃料或推进剂需求，节省数百万的发射成本，同时提供更大的任务灵活性。

牛顿的太空第三定律

化学推进使用燃料和氧化剂，将存储在推进剂化学键中的能量转化成短促的，有力的推力，或者我们称之为火的推力。声音很大而且令人兴奋，但效率却不尽如人意。

电力推进系统使用太阳能阵列（太阳能电力推进器）或核反应堆（核电力推进器）收集的能量来产生推力，从而消除了在船上储存推进剂的许多需求和限制。

然后，该能量被转换并用于电离或带正电的惰性气体推进剂，例如氙气和K气（不，它不是来自超人的家乡星球）。电场和磁场（霍尔效应推进器）或静电场（结合的离子）的组合随后会加速离子并将离子推出推进器，从而随着时间的流逝将飞船带入巨大的速度。它的尾气不是火，而是发光的蓝绿色踪迹，就像科幻小说中直接出现的那样。

电力推进系统如何工作的简单说明。

化学航天器是从地球轨道驶向目的地的顶级燃料。最初的爆发力非常强大，但实际上只能踩踏油门踏板时指向所指向的方向。航天器像子弹一样脱落，但是在燃料供应耗尽之后，它几乎没有加速，减速或改变方向的能力。因此，任务被锁定在特定的发射窗口和轨道起飞时间范围内，并且在此过程中只能进行最小限度的校正。

电动推进器一旦进入太空，便可以进行越野驾驶，仅受油箱中的气体限制。初始推力很低，但是可以持续加速数月甚至数年，并且还可以放慢速度并改变方向。

NASA的Dawn任务就是一个很好的例子。发射后，它向小行星带的维斯塔加速。由于航天器的太阳能电池阵列很小，到达那里需要花费五年以上的时间，但是随着接近，航天器翻转了180度，烧毁了推进器以使其减速并绕行了一年。完成后，它向后开火并行驶到谷神星，直到今天它仍然在轨道运行。化学推进的航天器不可能做到这一点。

像“黎明”这样的系统在NASA和商业领域得到广泛使用，通常在1-10千瓦（kW）的范围内运行。但是，随着我们准备将电动推进器用于更复杂的科学和技术任务以及首次用于人类任务时，我们将需要更多的动力。

PPE-HALO在月球轨道上的插图。

Gateway的动力和推进元件（PPE）将在月球周围展示先进的大功率太阳能电力推进器。它是一台60kW级的航天器，其中有50台可用于推进，这使其功率比当前的电动推进航天器强四倍。我们这样做不是通过建造一个大型推进器，而是通过将多个推进器与巨型太阳能电池阵列组合成一个串来实现的。

凭借其先进的燃油经济性，这种先进的系统将使我们的轨道平台能够支持月球探测长达15年，而其在轨道中移动的能力将使探险者几乎可以在月球表面上的任何地方着陆。

虽然这是Artemis月球探索计划的关键部分，但PPE还将帮助推动美国在高功率电力推进系统（例如可用于到达火星的系统）上的商业投资。

火星过境栖息地和核推进系统的插图，有一天可能会将宇航员带到火星。

未来的火星转运车将需要大约400kW-2兆瓦的功率，才能成功地将我们的宇航员或货物运送到“红色星球”和从“红色星球”运送。我们仍在探索火星的车辆和推进概念，包括核电和化学推进以及其他新兴选择（如核热推进）的组合。

无论我们如何到达月球，甚至最终到达火星，一件事都可以肯定，太…空探索的未来是令人兴奋的，甚至有人会说这令人振奋。