可变比冲磁致离子浆火箭
摘要可变比冲磁致离子浆火箭(Variable-specific-impulse magnetoplasma rocket,VASIMR)这种系统只是介于高推力低比冲的传统发动机和低推力高比冲的离子发动机之间的类型，可以在这两者之间调整参数。它采用射频发生器加热带电粒子或等离子体。射频发生器类似用于播放无线电节目的发射机。它有望使火星之旅缩短为39天。[1]
可变比冲磁致离子浆火箭-简介新型离子发动机概念图
可变比冲磁致离子浆火箭(Variable-specific-impulse magnetoplasma rocket,VASIMR)这种系统只是介于高推力低比冲的传统发动机和低推力高比冲的离子发动机之间的类型，可以在这两者之间调整参数。它也不用电极，而是在发动机前室使用电波来对氢推进剂进行离子化，然后在中室用磁场让其按自然频率绕磁场旋转，并使用无线电按照同一频率轰击，让温度上升到1千万K，再从后室把旋转变成轴向运动并释放出去。
最后，在离子化方面，日本设想用微波的方式来进行，用微波来击活推进剂气体的电子，之后就是和深空1号一样把离子聚集成束并以静电场加速喷射出去。美国宇航局也采用了日本人的办法测试了新的微波离子发动机，并得出结论认为这种方式可以让发动机工作得更久。
可变比冲磁致离子浆火箭-背景美国宇航员franklin
北京时间2009年7月28日消息，英国《新科学家》杂志报道，当前，美国国内在载人火星之旅和重返月球的优先选择上存在很多争论，而要求率先登陆火星的呼声看上去正占得上风。专家指出，从地球到达火星需半年之久，如此漫长的太空旅行势必会给宇航员身心健康造成极大的压力。不过，研究人员正测试动力强劲的新型离子发动机，有望使火星之旅缩短为39天。
常规火箭燃烧化学燃料产生推力，但大部分燃料在从地面升空的第一阶段耗尽，所以，火箭常常只能在太空的大部分运行时间里采取滑行模式。另一方面，离子发动机可以令带电原子或离子加速通过电场，因而能反向驱动航天器。相比采用化学燃料的火箭，离子发动机在一定时间内提供的推力相对较少，这意味着它们自身可以不受地球引力的限制。
可一旦进入太空，它们就像帆船后面绵延不断的微风一样，可以提供持续多年的推力，令其逐渐加速飞行，直至速度超过化学燃料火箭。实际上，迄今已有多个太空探测任务采用离子发动机，如美宇航局的“黎明”号(Dawn)探测器和日本的“Hayabusa”探测器，前者正在赶赴两颗小行星灶神星和谷神星的途中，后者已于2005年与小行星Itokawa相撞。
可变比冲磁致离子浆火箭-工作原理VASIMR发动机的工作原理
VASIMR发动机的工作原理与蒸汽机有相似之处，第一级承担类似于沸水生成蒸汽的任务。射频发生器会不断加热氩原子气体，直至电子“汽化”生成等离子体。今年7月2日，艾德·阿斯特拉火箭公司在其位于得克萨斯州韦伯斯特市的总部首次对VASIMR离子发动机的第一级进行了测试。
一旦从火箭发射出来的话，等离子体自身可以产生推力，只不过效率很低。为最大程度利用效能，火箭第二级会以一百万度加热离子，这一温度相当于太阳中心的温度。在强磁场下，比如超导磁体产生的磁场，离子会以固定频率旋转，VASIMR离子发动机就充分利用这一原理达到了目的。随后，射频发生器转换为同样的频率，向离子中喷射额外的能量。
强磁场会将等离子体输送到发动机后面，从反向驱动它的运行。由于射频发生器的作用，VASIMR发动机的动力水平比其他发动机高出一百倍，通过将等离子体发动至一系列具有不同电压的金属格，加快等离子体运行速度。在这一条件下，离子会与倾向于侵蚀其的离子相撞，从而限制了火箭的动力和寿命。不过，VASIMR离子发动机的射频发生器永远不会与离子接触，从而避免了这一问题。
可变比冲磁致离子浆火箭-开发VASIMR内部结构
新型发动机名为“可变比冲磁致离子浆火箭”(简称VASIMR)，比以前几种离子发动机拥有更多的“增长剂”。这是因为它采用射频发生器加热带电粒子或等离子体。射频发生器类似用于播放无线电节目的发射机。VASIMR发动机正在由艾德·阿斯特拉火箭公司(Ad Astra Rocket Company)开发，该公司由物理学家、前美国宇航员张福林(Franklin Chang-Diaz)于2005年创建。
艾德·阿斯特拉火箭公司负责研发的主管杰里德·斯奎尔(Jared Squire)说：“据我们所知，它是有史以来最强大的超导等离子体来源。”该公司科学家上周开始测试发动机的第二级，即加热等离子体的那一级。迄今为止，斯奎尔的团队已在50千瓦的水平下运行这台两级火箭。他们希望在测试中将动力升至200千瓦，这足够提供大约一磅的推力。这或许听上去并不太多，但在太空中，一磅推力可以驱动两吨重的货物。
可变比冲磁致离子浆火箭-应用试验应用
艾德·阿斯特拉火箭公司已同美宇航局达成协议，2012年或2013年会将VASIMR发动机安装到国际空间站上进行点火测试。VASIMR发动机具有令国际空间站在轨运行所需要的周期性推力的潜力。在当前的功率水平下，它完全可以依靠太阳能运行。斯奎尔表示，VASIMR发动机将变身地球轨道一个不错的“拖船”，将卫星送入不同的轨道。它还能将航天货物送入月球基地，因为其运行速度相对较快，可用于对付危险的小行星，在小行星抵达地球多年前利用引力使其偏离轨道。
然而，如果想要在39天内到达火星，那么VASIMR发动机的动力必须达到太阳能动力的1000倍。为此，VASIMR发动机便需要安装核反应堆。从20世纪60年代至80年代，前苏联曾使用过早期的核反应堆技术，但一直没有用于太空探索，所以需要时间去进一步开发。斯奎尔说：“通向目的地的道路有多条。”
美宇航局新任掌门人查尔斯·博尔登(Charles Bolden)日前对这种短期的火星之旅构想提出了表扬。他表示，美宇航局已向VASIMR发动机的研发提供了一定的经费，并称这是宇航局同私营公司建立合作的典型案例，将有助于宇航局在航天飞机2010年退役以后实现其既定目标。