等离子体火箭

使用等离子体加速器作为推力的火箭

等离子体火箭又称“可变比冲磁等离子火箭”，是使用等离子体加速器作为推力的火箭，同时它也是一种小功率的火箭，寿命很长，可在10年以上的时间内连续提供小推力，先用大功率的化学火箭将飞行器送入环绕地球的轨道，然后用这种小推力火箭去执行各种特殊任务。

基本资料

“等离子体火箭”是天文学专有名词。来自中国天文学名词审定委员会审定发布的天文学专有名词中文译名，词条译名和中英文解释数据版权由天文学名词委所有。

中文译名等离子体火箭

英文原名/注释plasma rocket或VASIMR

概念

早在1973年，刚刚从麻省理工学院获得博士学位的富兰克林·张·迪亚兹（Franklin Chang-Diaz）就表示，普通火箭的燃料重量大，不是有效的助推剂，并提出了等离子体火箭的概念。

根据他的设想，人们可利用核反应堆将氢变为200万摄氏度的等离子体，然后用磁场控制高温等离子体让其从火箭队尾部喷出。他推算，安装上等离子体火箭，太空飞船的速度可达每小时12.3万英里（约19.8万公里），从地球到火星只需要39天的时间。

技术原理

“等离子体”在我们的现实生活中并不陌生，它是广泛存在于自然界中的一种电中性的电离气体，是继物质存在的固体、液体、气体三种形态之后出现的第四种物质形态，具有数密度近似相等的自由电子和正离子，其产生和运动主要受电磁场力的作用与支配，对电磁波的传播有很大的影响。它呈现出高度激发的不稳定态，其中包括离子（具有不同符号和电荷）、电子、原子和分子。

在自然界里，炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲，几乎99.9%以上的物质都是以等离子体态存在的，如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。用人工方法，如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。

等离子体火箭的其发动机包括三个相连的磁元件，最前面的元件将推进气体离子化，中间的元件则起放大器作用以进一步加热等离子体，最后一个元件是磁喷嘴，可将等离子体变为按一定方向运动的流体。它的技术关键在于它能改变、调整等离子体流，以保持最佳推进效率。等离子体推进的优点是推进比冲大，即火箭排气速度与地球重力加速度的比值大，缺点是效率低，其推力与重量比远小于1。

飞往行星将有力地验证等离子体火箭技术，这项技术利用无线电波电离氩、氙或氢等推进剂，之后将电离区加热至20倍，达到太阳表面还高的温度。在控制方向的排气金属喷嘴处，等离子体火箭使用磁场。

研究

过去近40年中，将等离子体火箭变成现实始终是富兰克林·张·迪亚兹追求的一个远大目标。富兰克林曾表示，宇航员的经历让他更加关注自己对等离子体火箭的向往，并让他更加强烈地相信速度是人们在未来抵达火星或更远目标的关键。此外，在他看来，未来长距离太空旅行将是人类解决根本问题的终极途径，因为他主张人类竞争将不可避免导致自身最终不得不为生存而迁徙到其他地方去的观点。他还认为，地球的资源有可能会枯竭，或许在其他星球上可以寻求到大量对人类更有用处的资源。

等离子体火箭的发明者富兰克林·张·迪亚兹曾为宇航员，2005年离开NASA创立Astra火箭公司全力研制等离子火箭。等离子体火箭技术2009年在真空室成功进行了全功率验证。Astra公司计划2014年向空间站运送等离子体火箭。作为备份，富兰克林·张·迪亚兹希望生产两台等离子体火箭，以避免发射事故或其他重大问题影响首次对空间站的发射。一旦发动机被安全地安装到空间站外，另一台等离子体火箭就可以执行一项新任务，并且不需要NASA的投资。

2010年3月初，美国麻省理工学院华裔物理学家、火箭科学家和前任宇航员张福林就曾宣称，采用最新科技的等离子体火箭，未来从地球到火星的旅行只需要39天，这一时间只是借助其他航天器从地球到火星飞行所需时间的六分之一。

未来任务

2010年10月，美国对等离子体火箭的未来发展设想主要有两个：一种构想是等离子体火箭发动机从空间站外部提供动力；另一个等离子体火箭执行小行星任务。NASA和Astra公司将与国防高级研究计划局（DARPA）组成团队利用等离子体火箭的高效性，当前在研的还有200千瓦的太阳动力帆板。火箭抵达目标行星后，太阳动力帆板还能为科学设备和其他仪器提供动力。

等离子体火箭不需要动力系统，登上小行星之后关闭发动机，还有200瓦的能量用于执行任务。任务也可以进行雷达成像和观测，选择样本发回地球。

这项任务与美国上一任总统奥巴马的太空新方向也相符合。等离子体火箭小行星任务是NASA研究团队2010年10月评估的若干项提议之一。如果被NASA选中，这项任务到2017年可以实现自由太空飞行。

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