到达火星有很多不同的方式，但总有权衡。化学推进被证明是最受欢迎的，它可以快速将宇宙飞船送到火星。但是他们携带燃料的成本很高，从而增加了任务的总成本。替代推进技术已经在几个深空应用中获得了牵引力。现在，来自西班牙的一组科学家已经初步研究了如何在探测器离开地球后完全使用电力推进将其发射到火星。
与化学火箭相比，电力推进系统有几个优点。虽然它们永远无法按比例放大到足以将任何重物送入轨道，但一旦进入太空，它们就能非常有效地将有效载荷移动到需要去的地方。典型的化学火箭需要70%-90%的发射质量作为燃料，而电力推进系统只需要10%-40%的发射质量作为燃料就可以了。
需要权衡的是推力。电力推进系统的推力通常比化学火箭至少小4个数量级。与此同时，在太空中，它的重大影响是电力推进系统要慢得多。但对于无人飞行任务来说，这可能不是一个太大的问题。
到目前为止，还没有人花时间考虑用电力驱动的火星任务和用化学推进的火星任务会有多大的区别。最接近的研究是为访问火星的卫星——火卫一和火卫二——而制定的一项完全依靠电力推进的研究。在那项研究中，研究人员发现，化学推进方案所需的质量是电力推进方案的2.5倍。这将大大减少特派团的总费用。
在这项发表在《宇航学报》(Acta Astronautica)上的新研究中，研究人员将重点放在了一条轨道上，该轨道将把一个2000公斤重的航天器送入火星周围300公里至1000公里的极地轨道。2000公斤的重量限制被选择为一个包裹，可以包含与欧空局工作的ExoMars轨道器相当的科学包裹。
在这些任务限制下，研究人员考虑了几种不同类型的电力推进系统。他们提出了一个额外的要求——它必须在许多电力推进系统的最高推力范围内运行。0.1牛的推力是成功进入火星轨道所需的最小推力。
这一限制导致选择BHT-6000作为任务的主要推进系统。这是一个霍尔效应推进器，功率在2千瓦到6千瓦之间，可以使用相对常见的电力推进推进剂，如氙和氪。有了这些推进器，是时候开始每个天体动力学家最喜欢的活动——建模了。
研究人员使用了一个多体模型来绘制出他们选择的轨迹的引力影响。然后，他们用标准化学推进剂和BHT-6000进行了一次任务模拟。他们的发现似乎与人们对电力推进优势的普遍预期相符。
就速度而言，化学火箭更快，但也不是特别快。化学火箭可以在不到一年的时间内完成这一旅程，而bht -6000动力的任务从发射开始大约需要3.2年。然而，化学推进系统的重量将是电力推进系统的2.4倍。即使以相对保守的每公斤1万美元的发射成本计算，这也将使电力推进系统比化学推进系统节省近3000万美元的成本。所有这些都是以几年的旅行时间为代价的，以使任务进入空间站。
由于预算有限，这是许多太空探索机构愿意付出的代价。但是，到目前为止，这只是一个模型，因为没有计划中的深空任务将使用这种电力推进方法作为其主要推进系统，尽管一些深空任务，如隼鸟2号，已经使用了这种方法。然而，随着技术的进步，未来的深空任务，尤其是无人驾驶任务，越来越有可能前往火星。
更多信息:Marco Casanova-Álvarez等人，太阳能电力推进火星任务的可行性研究，宇航学报(2024)。DOI: 10.1016 / j.actaastro.2024.01.001
今日宇宙提供
引文:太阳能电力推进系统可能正是我们需要的高效火星之旅(2024年1月12日)从https://phys.org/news/2024-01-solar-electric-propulsion-efficient-mars.html检索到的2024年1月13日
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