用于航天器推进的可变特异性脉冲磁磁阻磁阻

跳转到导航跳跃以搜索变量特定的脉冲磁导体火箭（Vasimr）是在开发的电热推进器，以便在航天器推进中使用。它使用无线电波电离和加热惰性推进剂，形成等离子体，然后是磁场限制并加速扩张的等离子体，产生推力。它是等离子体推进发动机，几种类型的航天器电动推进系统之一。 [1]

在核聚变研究期间最初开发了加热等离子体的VASIMR方法。 Vasimr旨在弥合高推力，低特定脉冲化学火箭和低推力，高特异性冲动电力推进的差距，但尚未表现出高推力。 Vasimr Concept于1977年起源于1977年，与前NASS宇航员富兰克林昌德莱兹，自从以来一直在开发技术。 [2]

Vasimr是一种电热等离子体推进器/电热磁磁磁盘推进器。在这些发动机中，使用无线电波电离并加热中性的惰性推进剂。然后将所得的等离子体加速磁场以产生推力。其他相关电动航天器推进概念是无电极等离子推进器，微波弧形火箭和脉冲电感推进器。 Vasimr发动机的每个部分都是磁屏蔽的，并且不直接接触等离子体，增加耐用性。另外，缺乏电极消除了缩短传统离子推进器设计的寿命的电极腐蚀。 [所需的引用]

推进剂，诸如氩气或氙的中性气体被注入与电磁铁横向的中空圆柱体。在进入发动机时，通过Helicon RF天线/耦合器首先将气体加热到“冷等离子体”，该螺旋RF天线/耦合器轰击具有电磁能的气体，以10至50MHz的频率，[3]剥离推进剂原子和剥离电子产生离子和游离电子等离子体。通过改变RF加热能量和等离子体的量，要求保护能够产生低推力，高特异性脉冲排气或相对高推力的低特异性脉冲排气。发动机的第二阶段是强的螺线管配置电磁铁，其通道电离等离子体，其作用为常规火箭发动机中的物理喷嘴等会聚 - 发散喷嘴。

第二耦合器称为离子回旋加热（IC​​H）部分，在通过发动机行进时，将电磁波与离子和电子的轨道发出共振。通过减小发动机的该部分中的磁场来实现共振实现，其减慢等离子体颗粒的轨道运动。该部分进一步将等离子体加热至大于1,000,000K（1,000,000°C; 1,800,000°F） - 阳光＆＃39; s表面的温度的173倍。 [5]

离子和电子通过发动机的路径接近平行于发动机壁的线;然而，颗粒实际上轨道通过发动机线性行进时轨道。最终的发散，发动机的截面包括扩展磁场，其将离子和电子从发动机喷射到50,000m / s（180,000km / h）的速度下。 [4] [6]

与典型的回旋环谐振加热过程相反，在达到热化分布之前，从磁性喷嘴立即喷射Vasimr离子。基于2004年的新颖的理论工作，由Austin德克萨斯大学的Asley Viev和Boris N. Breizman。在单通过回气管吸收过程中，离子回旋波的所有能量均匀地转移到电离等离子体中。这允许离子用非常窄的能量分布使磁性喷嘴留在发动机中的显着简化和紧凑的磁体布置。 [4]

Vasimr不使用电极;相反，它从大多数硬件部件磁屏蔽等离子体，从而消除电极腐蚀，离子发动机中的主要磨损源。 [7]与传统的火箭发动机具有非常复杂的管道，高性能阀，致动器和涡轮泵，Vasimr几乎没有移动部件（除了较小的煤气阀），最大化长期耐久性。 [所需的引用]

根据AD Astra截至2015年，VX-200发动机需要200千瓦电力，以产生5 n个推力，或40 kW / n。相反，传统的下一离子推进器产生0.327n，仅为7.7kW，或24 kW / n。 [6]电话，接下来几乎是效率的两倍，并且在2009年12月成功完成了48,000小时（5.5年）的测试。[8] [9]

vasimr也出现了新问题，例如与强磁场和热管理的交互。 Vasimr操作的效率低下能产生大量的浪费，需要被窜除，而不会产生热过载和热应力。含有热等离子体所需的超导电磁铁产生特斯拉范围磁场[10]，其可能导致其他车载装置的问题，并通过与磁层的相互作用产生不需要的扭矩。为了反击后一种效果，可以用沿相反方向定向的磁场封装两个推进器单元，使得净零扭矩磁性四边形。 [11]

对于快速行星行程所需的发电技术目前尚不存在，并且目前的最先进技术不可行。 [12]

1983年，在马萨诸塞州理工学院进行了第一个Vasimr实验。20世纪90年代推出了重要的改进，包括使用螺旋等离子体源，该源代替最初设想的等离子枪及其电极，增加了耐用性和长寿命。 [所需的引用]

截至2010年，AS Astra Rocket Company（AARC）负责Vasimr开发，在2005年6月23日签署了第一个太空法令协议，以私有化Vasimr技术。 Franklin ChangDíaz是Ad Astra＆＃39;董事长兼首席执行官，该公司在哥斯达黎加在地球大学校园内进行了利比里亚的测试设施。

1998年，在ASPL中进行第一升蠕虫等离子体实验。 Vasimr实验10（VX-10）于1998年实现了高达25 kW的高达10 kW和Vx-25的Helicon rf等离子体放电。到2005年ASPL的进展包括具有50kW，0.5牛酮（0.1LBF）推力VX-50的全血管离子的全血浆生产和加速。 [4]在50 kW VX-50上发布的数据显示，基于90％的耦合效率和65％离子速度提升效率，电效率为59％。 [14] [验证失败]

100千瓦Vasimr实验到2007年成功运行，并展示了高效的等离子体生产，电离成本低于100eV。 [15] VX-100等离子体输出增加了VX-50的先前记录。 [15]

预计VX-100将具有80％的离子速度升压效率，但由于从DC电流转换为射频功率和超导磁体的辅助设备，无法实现这种效率。 [14] [16]相比之下，2009年最先进的，经过验证的离子发动机设计，如NASA＆＃39; S高功率电动推进（HIPEP）以80％的全推进器/ PPU能量效率操作。 [17]

2008年10月24日，该公司在新闻稿中宣布，200千瓦VX-200发动机的Helicon等离子生成组件达到了运营状态。关键促进技术，固态DC-RF功率处理效率为98％。 Helicon放电使用30kW的无线电波将氩气转化为等离子体。通过离子回旋谐振加热分配用于加速等离子体的剩余的170kW的功率，通过离子回旋谐振加热来加速等离子体。

基于VX-100测试的数据，[10]预期，如果曾经发现室温超导体，则VX-200发动机的系统效率为60-65％，潜在推力水平为5 n。最佳使用低成本氩气推进剂，特定脉冲似乎约为5,000秒。其余的未经测试的问题之一是热等离子体是否实际上从火箭脱离。另一个问题是浪费热管理。大约60％的输入能量变成了有用的动能。其余40％的大部分是来自等离子体交叉磁场线和排气发散的二次电离。 40％的重要部分是废热（参见能量转换效率）。管理和拒绝浪费是至关重要的。 [19]

在2009年4月和9月期间，在VX-200原型上进行200kW测试，其中2个特斯拉超导磁铁，其分开供电，并未占任何＆＃34;效率＆＃34;计算。 [20]在2010年11月期间，长时间持续，进行全电力射击测试，达到稳态操作25秒并验证基本设计特征。 [21]

2011年1月显示的结果证实，VX-200上最佳效率的设计点为50 km / s排气速度，或5000秒的I SP。 200 kW VX-200在2013年之前，200 kW VX-200在全功率上执行了超过10,000个发动机射击，并展示了相对于RF电源输入的推进器效率大于70％。 [22]

2015年3月，ASTRA从美国宇航局宣布了1000万美元的奖励，以推进下一个版本的VASIMR引擎的技术准备，VX-200SS满足深度空间任务的需求。 [23]名称中的SS代表＆＃34;稳态＆＃34;，作为长期测试的目标是在热稳态上展示连续操作。 [24]

2016年8月，ASTRA宣布在与美国国家航空航天局的3年合同的第一年完成里程碑。这允许发动机的第一次高功率等离子燃烧，到2018年中期达到100小时和100千瓦的目标。 [25] 2017年8月，该公司报告旨在为Vasimr电等离子体火箭发动机完成2年级的里程碑。 NASA在审查完成10小时的累计测试后，NASA批准了3年级3年级，并在100 kW的VX-200SS发动机的累计测试完成后进行。出现在新闻稿中未提及的原因，似乎计划的200 kW设计在100 kW时运行。 [26]

2019年8月[27] Ad Astra宣布成功完成由加拿大Aethera Technologies Ltd.建造的Vasimr发动机的新一代射频（RF）电源处理单元（PPU）的测试。广告Astra宣布电源为120千瓦，电气到RF功率效率为97％，而且，在52公斤时，新的RF PPU大约比竞争力推进器的PPU轻约10倍（电力至重量比：2.31 kW / kg）

拟议的VASIMR申请，如人们到火星的快速运输将需要一个非常高的功率，低质量能源，比核反应堆更有效地（参见核电火箭）。 2010年美国宇航局管理员查尔斯·博尔德说，Vasimr技术可能是突破性技术，将在2.5年至5个月内降低火星任务的旅行时间。 [28]然而，在过去十年中，这项索赔尚未重复。

2008年8月，Ad Astra发展总监Tim Glover，公开表示，VASIMR引擎的第一个预期应用是＆＃34;从低地球轨道到低月球轨道和＃34拖运[非人类货物];支持NASA＆＃39;回到月球努力。 [29]

为了在39天内开展想象的船员，[30] Vasimr将需要远远超过目前可能或预测的电力水平。

最重要的是，任何发电技术都会产生余热。必要的200兆瓦反应堆＆＃34;功率对1,000瓦每公斤且＃34的能量 - 质量密度; （Díaz报价）需要极其高效的散热器，以避免对＆＃34;足球场大小的散热器＆＃34; （Zubrin报价）。 [31]

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