他们让霍尔推进器功率提升五倍，推力提升十倍

原创 哈尔鲍曼9000 科学剃刀

H9 MUSCLE霍尔推进器在使用氪推进剂测试期间发出的等离子体的辉光。资料来源：等离子体动力学和电力推进实验室

人们一直认为，霍尔推进器是一种广泛用于轨道的高效电力推进器，必须很大才能产生很大的推力。现在，密歇根大学的一项新研究表明，较小的霍尔推进器可以产生更大的推力 - 可能使它们成为行星际任务的候选者。

“人们以前认为你只能推动一定量的电流通过推进器区域，这反过来又直接转化为每单位面积可以产生多少力或推力，”航空航天工程副教授本杰明乔恩斯说，他领导了新的霍尔推进器研究将在国家港口的AIAA科技论坛上发表， 马里兰州，今天。

他的团队挑战了这一极限，将9千瓦的霍尔推进器运行到45千瓦，保持了大约80%的标称效率。这使每单位面积产生的力增加了近 10 倍。

无论我们称之为等离子推进器还是离子驱动器，电力推进都是我们星际旅行的最佳选择，但科学正处于十字路口。虽然霍尔推进器是一项经过充分验证的技术，但另一种概念，即磁等离子体动力推进器，有望为更小的发动机提供更多动力。然而，它们在许多方面尚未得到证实，包括寿命。

霍尔推进器被认为由于其操作方式而无法竞争。推进剂，通常是像氙气这样的惰性气体，通过圆柱形通道移动，在那里它被强大的电场加速。当它离开后部时，它会向前产生推力。但在推进剂加速之前，它需要失去一些电子才能使其带正电荷。

电子被磁场加速，围绕该通道以环状运行 - Jorns描述为“嗡嗡声锯” - 将电子从推进剂原子上击落并将它们转化为带正电的离子。然而，计算表明，如果霍尔推进器试图通过发动机驱动更多的推进剂，那么在环中呼啸而过的电子将被击出编队，从而破坏“嗡嗡声锯”功能。

“这就像试图咬掉比你能咀嚼的更多的东西，”乔恩斯说。“嗡嗡声锯无法通过那么多材料。

此外，发动机会变得非常热。Jorns的团队对这些信念进行了测试。

“我们将推进器命名为H9 MUSCLE，因为从本质上讲，我们采用了H9推进器，并通过将其调到'11'来制作肌肉车 - 如果我们要精确缩放，实际上高达一百，”航空航天工程博士生Leanne Su说。

他们通过用水冷却来解决热量问题，这让他们看到嗡嗡声锯故障会有多大的问题。事实证明，这并不麻烦。H9 MUSCLE使用传统推进剂氙气运行，运行功率高达37.5千瓦，整体效率约为49%，与设计功率为9千瓦时的62%效率相差不远。

他们使用氪气（一种较轻的气体）运行，将电力供应最大化为45千瓦。在51%的整体效率下，它们实现了约1.8牛顿的最大推力，与更大的100千瓦级X3霍尔推进器相当。

博士生Will Hurley离开在PEPL实验室测试新霍尔等离子体推进器的房间。资料来源：Marcin Szczepanski/密歇根工程

“这是一个疯狂的结果，因为通常情况下，氪气在霍尔推进器上的表现比氙气差得多。因此，看到我们实际上可以通过增加推进器电流密度来提高氪相对于氙气的性能，这是非常酷和有趣的前进道路，“苏说。

像X3这样的嵌套霍尔推进器（也部分由UM开发）已被探索用于行星际货物运输，但它们更大更重，使它们难以运输人类。现在，普通的霍尔推进器又回到了载人旅行的桌面上。

Jorns说，如果霍尔推进器要以这些高功率运行，冷却问题需要一个值得空间的解决方案。尽管如此，他仍然乐观地认为，单个推进器可以以100至200千瓦的功率运行，排列成提供兆瓦推力的阵列。这可以使载人任务即使在太阳的远端也能到达火星，行进距离达2.5亿英里。

该团队希望解决冷却问题以及在地球上开发霍尔推进器和磁等离子体动力推进器的挑战，在地球上，很少有设施可以测试火星任务级推进器。推进器排出的推进剂量太快，真空泵无法保持测试室内的条件像空间一样。

原标题：《『疯狂！让霍尔推进器超频，功率提升五倍，推力提升十倍！》

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