碘電推進系統在真空室中點火（圖片來源：ThrustMe）
近期，法國航天技術公司ThrustMe的Dmytro Rafalskyi和同事開發了一種使用碘的電力推進系統，并首次為衛星提供動力。其性能優于傳統氙推進劑，凸顯了碘在未來空間任務中的潛在用途。相關研究發表于《自然》。
航天器在太空中依靠推進系統移動、改變軌道或避免碰撞。推進劑是推進系統的關鍵組成部分之一，是從航天器中排出以推動其前進的物質。
目前，航天器的電力推進系統主要使用氙作為推進劑，但這種化學物質不僅稀少，而且生産成本高。作為一種氣體時，氙氣必須高壓儲存，因此，需要專門的設備保存。
碘的原子質量與氙相似，但含量較後者更為豐富，價格也更低。此外，碘還可在無壓力環境下以固态儲存，這意味着它有助于衛星設計的簡化。
碘電推進系統通過加熱固體碘塊，将其轉化為氣體。這種氣體在高速電子的轟擊下，形成碘離子和自由電子。然後，帶負電的硬件将帶正電的碘離子加速至系統的排氣口排出，推動航天器前進。
研究小組在一顆20公斤重的小型立方體衛星上對上述推進系統進行了測試。該衛星于2020年11月6日發射升空，并位于480公裡高度的軌道上。截至2021年2月28日，研究小組在一系列小型試驗中成功操作該系統11次。
研究小組發現，采用碘作為推進劑的推進系統，其性能略優于氙作為推進劑的推進系統，具有更高的整體能源效率，這表明碘作為推進劑是可行的。
“想要實現可持續性的太空探索，人類就不能一直像今天這樣制造這麼多的太空垃圾，我們需要在所有衛星上安裝推進系統。”Rafalskyi說，這樣可以讓衛星返回地球，而不是在壽命終結後繼續停留在軌道上。目前看來，碘作為推進劑的推進系統是實現這一目标的途徑之一。
但Rafalskyi指出，碘電推進系統仍存在一些需要解決的問題。例如，碘與大多數金屬會發生反應，因此研究小組不得不使用陶瓷和聚合物來保護推進系統的部件。此外，固體碘大約需要10分鐘才能轉化為等離子體，因此，當航天器需要緊急制動以避免發生在軌碰撞時，碘電推進系統可能無法及時提供推進劑。（徐銳）
來源： 《中國科學報》
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