航空/天文工程師Ken Hara正在開發(fā)計算機模型，以幫助使鮮為人知但用途廣泛的推進器發(fā)動機更適合于長距離任務(wù)。

當大多數(shù)人想到太空旅行時，他們會想象火箭像高聳的土星V，將阿波羅宇航員送入月球。

那枚巨大的火箭中的大部分都由燃燒所產(chǎn)生的燃料組成，該燃料是將一個載著微小人員的太空艙發(fā)射到軌道上的。在那兒，沒有地球引力，燃燒燃料的推進器發(fā)出的小脈沖將阿波羅太空艙引向月球并返回。

從那時起，科學(xué)家們開發(fā)了不燃燒重燃料的替代推進器技術(shù)。相反，這些推進器利用來自太陽能電池的電能將氣體原子中的電子剝離，產(chǎn)生帶正電的離子流(稱為等離子體)，使諸如氙氣和k氣之類的穩(wěn)定氣體電離。航天器將這種等離子體從排氣中推出，以推動自身通過失重的空隙。

這種推進器，被稱為電動推進器，或等離子推進器，目前使數(shù)百個GPS，軍事和通信衛(wèi)星能夠進行微小的航向校正并保持穩(wěn)定的軌道。但是現(xiàn)在，科學(xué)家們正在研發(fā)新一代的離子推力器，這些離子推力器能夠在整個太陽系中執(zhí)行長途飛行任務(wù)，例如訪問小行星9969 Braille和Borrelly彗星的“深空1”艙以及前往該艙的“黎明”飛船?；鹦呛湍拘侵g的小行星帶。

航空航天學(xué)助理教授肯·哈拉(Ken Hara)說：“等離子推進器代表著太空探索的未來。”他正在幫助開發(fā)計算機模型，以使離子發(fā)動機更加強大，高效和實用。

Hara說，等離子推進器比其前身具有許多優(yōu)勢。首先，在等離子推進器中用作推進劑的離子化氣體的重量比阿波羅時代的推進器燃燒的燃料輕。航天器通過減輕燃料負荷而節(jié)省的每一磅重量，意味著重量更大，可以承載更大的科學(xué)有效載荷。而且，一旦等離子動力飛行器進入太空，它就可以隨著時間的推移以燃油燃燒器無法實現(xiàn)的方式加速，最終也使這些輕型發(fā)動機也具有速度優(yōu)勢。

理解為什么會這樣涉及一個稱為排氣速度的概念，即推進劑離開發(fā)動機的速度。傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機燃燒大量的燃油，但排氣速度較低，兩者結(jié)合會產(chǎn)生巨大的推力。想一想火箭在發(fā)射臺上的運動，首先它會隨著巨大的火焰滾滾而緩慢移動，然后隨著產(chǎn)生的巨大推力加速而加速，從而打破了重力的抓地力并使火箭向天空飛去。

相比之下，等離子引擎是為不同的環(huán)境設(shè)計的-推動已經(jīng)處于低重力或無重力環(huán)境的航天器。等離子發(fā)動機通過以極高的排氣速度但極小的體積發(fā)射離子化的粒子來實現(xiàn)這一目標，從而推動了航天器的呼吸。在太空的真空中，沒有任何減少飛船前進動力的東西，這些離子化的推力使飛船隨著時間的流逝而加快速度，比燃燒燃料的飛船更快，更遠。

最近被電火箭推進協(xié)會授予榮譽的原良(Hara)正在創(chuàng)建計算機模型，以探索等離子體如何實現(xiàn)更快，更強大的排氣速度，從而進一步幫助改善等離子體推進器。為此，他需要開發(fā)能夠求解新方程的計算模型，并在嚴格的數(shù)學(xué)分析下驗證它們的正確性。然后，他需要通過將自己的數(shù)學(xué)預(yù)測與實驗科學(xué)家在現(xiàn)實世界中的等離子推進器中進行的比較來驗證這些結(jié)果。“我們在數(shù)學(xué)上是否合理，我們的模型在物理上是否正確?”原聲問道。“那是我的真實所在。”