一个熟悉的航天器权衡找到了新解法
小型卫星往往不得不在推进系统上做出取舍。化学推进系统能提供强劲的推力脉冲，但会很快耗尽燃料；电推进则效率高得多，但通常只能提供温和、持续的推力。麻省理工学院的研究人员现在提出了一种概念，或许能通过在两种模式下使用同一种推进剂来缩小这一差距。
这项发表在 Journal of Propulsion and Power 上的研究，围绕一种混合架构展开，它将电喷推进器与化学火箭模式结合在一起。关键材料是 ASCENT，这是一种所谓的绿色推进剂，之前名为 AF-M315E。
ASCENT 为何受到关注
肼长期以来一直是航天器的标准推进剂，但它难以处理且具有危险性。原文将其描述为有毒、致癌且具腐蚀性，装填过程需要大量防护。ASCENT 被开发为更安全的替代品，并且根据所提供材料，其比冲还比肼提高了约 50%。
ASCENT 早在 2019 年就已在 NASA 的 Green Propellant Infusion Mission 上完成飞行测试。令 MIT 研究人员感兴趣的是，它同时还是一种离子液体。这一点很重要，因为离子液体可以作为电喷推进器的推进剂。电喷推进器通过从液体中提取带电离子并将其加速至太空中来产生推力。
一次乐高积木大小的测试，持续推力很长
为了验证 ASCENT 是否适合这一用途，研究团队使用了一个定制测试装置，其中包括真空腔和磁悬浮系统，以模拟太空环境。他们仅将 1 克 ASCENT 装入连接到推进器的小储液槽中，并施加电压产生推力。
结果在推力上并不大，但持续时间很重要。实验产生的推力足以让一个悬浮的卫星模型旋转，而且可以连续运行长达 100 小时。对于小型卫星来说，这种长寿命、高效率的控制对于轨道保持、姿态调整和逐步轨道变化都非常有价值。
为何双模推进对 CubeSat 很重要
真正的吸引力不仅在于 ASCENT 能在电喷推进器中工作，而在于同一种推进剂可以在一艘航天器上同时支持高推力和高效率两种操作。理论上，CubeSat 可以在需要更敏捷机动时使用化学推进，然后在长期精细控制时切换到电喷模式。
这样就减少了携带两套推进系统及其不同推进剂和支撑硬件的需求。对于体积和质量都极其受限的航天器而言，这种简化是重大优势。它也能通过让小平台在部署后做更多事情，扩展任务设计空间。
这是一项有价值的进展，但还不是成品
这项研究并不意味着一台可飞行的双模发动机很快就会出现。在实验室环境中的测试只是第一步，而真实航天器集成还会带来储存、切换逻辑、热行为、可靠性以及总冲量预算等方面的挑战。
不过，这个概念仍然很有吸引力，因为它针对的是小型航天器设计中的一个长期限制。CubeSat 已经越来越像样地承担起传感器、科学平台和技术验证器的角色，但推进系统往往仍是最难突破的约束之一。一个将机动能力与持久性结合起来的共享推进剂系统，会让这些航天器更灵活，也更独立。
ASCENT 最初之所以有吸引力，是因为它比肼更容易处理。MIT 的研究表明，它也可能具有非同寻常的多功能性。如果后续开发证实了这一潜力，这种推进剂或许能帮助 CubeSat 推进系统摆脱非此即彼的思路，走向更具适应性的航天器机动模型。
本文基于 Universe Today 的报道。阅读原文。
Originally published on universetoday.com
