航空/天文工程師Ken Hara正在開發(fā)計(jì)算機(jī)模型，以幫助使鮮為人知但用途廣泛的推進(jìn)器發(fā)動機(jī)更適合于長距離任務(wù)。

當(dāng)大多數(shù)人想到太空旅行時，他們會想象火箭像高聳的土星V，將阿波羅宇航員送入月球。

那枚巨大的火箭中的大部分都由燃燒所產(chǎn)生的燃料組成，該燃料是將一個載著微小人員的太空艙發(fā)射到軌道上的。在那兒，沒有地球引力，燃燒燃料的推進(jìn)器發(fā)出的小脈沖將阿波羅太空艙引向月球并返回。

從那時起，科學(xué)家們開發(fā)了不燃燒重燃料的替代推進(jìn)器技術(shù)。相反，這些推進(jìn)器利用來自太陽能電池的電能將氣體原子中的電子剝離，產(chǎn)生帶正電的離子流(稱為等離子體)，使諸如氙氣和k氣之類的穩(wěn)定氣體電離。航天器將這種等離子體從排氣中推出，以推動自身通過失重的空隙。

這種推進(jìn)器，被稱為電動推進(jìn)器，或等離子推進(jìn)器，目前使數(shù)百個GPS，軍事和通信衛(wèi)星能夠進(jìn)行微小的航向校正并保持穩(wěn)定的軌道。但是現(xiàn)在，科學(xué)家們正在研發(fā)新一代的離子推力器，這些離子推力器能夠在整個太陽系中執(zhí)行長途飛行任務(wù)，例如訪問小行星9969 Braille和Borrelly彗星的“深空1”艙以及前往該艙的“黎明”飛船?；鹦呛湍拘侵g的小行星帶。

航空航天學(xué)助理教授肯·哈拉(Ken Hara)說：“等離子推進(jìn)器代表著太空探索的未來。”他正在幫助開發(fā)計(jì)算機(jī)模型，以使離子發(fā)動機(jī)更加強(qiáng)大，高效和實(shí)用。

Hara說，等離子推進(jìn)器比其前身具有許多優(yōu)勢。首先，在等離子推進(jìn)器中用作推進(jìn)劑的離子化氣體的重量比阿波羅時代的推進(jìn)器燃燒的燃料輕。航天器通過減輕燃料負(fù)荷而節(jié)省的每一磅重量，意味著重量更大，可以承載更大的科學(xué)有效載荷。而且，一旦等離子動力飛行器進(jìn)入太空，它就可以隨著時間的推移以燃油燃燒器無法實(shí)現(xiàn)的方式加速，最終也使這些輕型發(fā)動機(jī)也具有速度優(yōu)勢。

理解為什么會這樣涉及一個稱為排氣速度的概念，即推進(jìn)劑離開發(fā)動機(jī)的速度。傳統(tǒng)的燃油發(fā)動機(jī)燃燒大量的燃油，但排氣速度較低，兩者結(jié)合會產(chǎn)生巨大的推力。想一想火箭在發(fā)射臺上的運(yùn)動，首先它會隨著巨大的火焰滾滾而緩慢移動，然后隨著產(chǎn)生的巨大推力加速而加速，從而打破了重力的抓地力并使火箭向天空飛去。

相比之下，等離子引擎是為不同的環(huán)境設(shè)計(jì)的-推動已經(jīng)處于低重力或無重力環(huán)境的航天器。等離子發(fā)動機(jī)通過以極高的排氣速度但極小的體積發(fā)射離子化的粒子來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，從而推動了航天器的呼吸。在太空的真空中，沒有任何減少飛船前進(jìn)動力的東西，這些離子化的推力使飛船隨著時間的流逝而加快速度，比燃燒燃料的飛船更快，更遠(yuǎn)。

最近被電火箭推進(jìn)協(xié)會授予榮譽(yù)的原良(Hara)正在創(chuàng)建計(jì)算機(jī)模型，以探索等離子體如何實(shí)現(xiàn)更快，更強(qiáng)大的排氣速度，從而進(jìn)一步幫助改善等離子體推進(jìn)器。為此，他需要開發(fā)能夠求解新方程的計(jì)算模型，并在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析下驗(yàn)證它們的正確性。然后，他需要通過將自己的數(shù)學(xué)預(yù)測與實(shí)驗(yàn)科學(xué)家在現(xiàn)實(shí)世界中的等離子推進(jìn)器中進(jìn)行的比較來驗(yàn)證這些結(jié)果。“我們在數(shù)學(xué)上是否合理，我們的模型在物理上是否正確?”原聲問道。“那是我的真實(shí)所在。”