2011年3月，美國宇航局對外宣稱，他們将使用等離子推進器來推動宇宙飛船前往火星，屆時到達火星将隻需要39天的時間!而我們知道，普通飛船或探測器到達火星需要大約半年的時間。由此可見，美國宇航局的等離子飛船可以讓飛船速度提高至少5倍!

就在2012年6月，研究等離子推進器的專家透露，等離子推進器可以把很多物質當作燃料，甚至連宇航員的尿液都可以作為推動飛船前進的“燃料”!

國際空間站也看上了這種等離子推進器，因為國際空間站也是需要耗費能量來維持它的軌道不變的。國際空間站位于地球上空360千米的軌道上，而地球大氣層綿延上千千米厚，雖然高空的空氣很稀薄，但是空間站與空氣之間的摩擦也會導緻空間站損失能量，如果空間站的速度降低，空間站環繞地球的軌道就會改變了，如果不用燃料推動它，它的位置會越來越低，最後會滑入大氣底層，與濃密大氣摩擦而如流星般殒命。那麼維持國際空間站的高度需要多少能量呢?每年耗費好幾噸的燃料!而這些燃料都是需要用火箭或航天飛機運載上去的。每年僅僅運這些燃料就需要花費千萬美元的代價。如今有個能把尿液當燃料的等離子推進器，如果使用這種推進器，國際空間站就再也不需要向地面要燃料了，國際空間站怎能不喜歡?

等離子推進器很簡單

那麼這神奇的等離子推進器到底是怎麼回事呢?其實，美國宇航局自1990年代就開始測試等離子推進器了，例如1998年發射的“深度太空1号”探測器就是利用等離子推進器來進行推動的，不過那時的等離子推進器還隻能燒一種特殊的“燃料”，它是以惰性氣體氙為“燃料”的。

氙不是不能燃燒嗎?也許越說越令人糊塗了，我們還是來看看它是如何工作的吧。

等離子推進器，從它的名字上，我們可以看出，它是利用正負電荷組成的離子來工作的，也就是它先把普通物質電離，變成離子，然後給這些離子加速，當離子的速度夠高的時候，再讓這些離子流從飛船尾部沖出，這種沖力就可以推動飛船不斷前進了，就像噴氣式飛機或普通的火箭發射那樣，是利用了氣流的反作用力。

但是等離子推進器與普通推進器不同的是，它不是利用物質燃燒釋放的能量來形成高速氣流的，它利用的是電能，用電能把物質變成離子，再用電能(或磁能)加速離子，形成離子氣流。因此等離子推進器所用的“燃料”不一定是能燃燒的，而是能變成離子氣流的物質。那麼電能又來自哪裡呢?很簡單，它就地取材就行了，高空的太陽可是異常明媚，普通的太陽能電池就足夠這種推進器使用了。

初期研制的推進器是需要正負電極的，在電極高電壓作用下，電極發射出的電子快速運動，碰撞氙原子，使氙變成離子。這個過程就像日光燈管裡的啟輝器把惰性氣體電離的過程一樣。之後氙離子在電場或磁場作用下被加速到較高的速度，當然電場的加速一般是讓氙離子直線運動，而磁場加速就有點類似粒子加速器那樣，是讓氙離子邊轉圈邊加速，加速到較高的速度後，讓離子流從飛船尾後向外噴出。在噴出的氙離子氣流中還要放入一個陰極電極來釋放電子，讓噴出的氣流整體上不顯電性。這就防止了飛船因氙不斷電離而積累負電荷，也防止了氙離子氣流與飛船之間有靜電吸引。

等離子推進器很溫柔

那麼等離子推進器的推動力有多大呢?其實我們可以猜到，被電離的那些離子太少了，無法形成強大的氣流，也就無法給飛船很大的推動力。美國宇航局用于深度太空1号的等離子推進器所提供的推動力也就隻有大約0.1牛頓!這個力僅僅是我們托起10克物質(一顆水果糖)所用的力!這麼小的力能做什麼啊?用它來推動1000千克的探測器或飛船，它也就隻能提供0.1毫米/秒2的加速度，太小了!

科學家告訴我們，不要看不起它，等離子推進器的特點就是溫柔推動，但是卻時刻不停，持續不斷。一般用化學燃料的強力火箭雖然推動力很大，但隻是持續短暫的十幾分鐘而已，之後，飛船就沒有任何推動力來推動它前進了，它在飛行過程中速度基本沒有多少變化了。

但等離子推動器最強的一點就是它的持續不斷，再重的飛船也經不起這持續不斷的溫柔推動。我們不妨計算一下，雖然等離子推進器1秒鐘隻能讓飛船速度提高0.1毫米，那麼1年以後呢?1年是31536000秒，1年以後，它就可以讓飛船速度提高3153.6米/秒了，10年以後呢?它就可以讓飛船速度提高31千米/秒!完全可以讓飛船快速逃出太陽系了(太陽系的逃逸速度是16.7千米/秒)。

等離子推進器更神奇了

這還是美國宇航局初期研究的等離子推進器所具有的能力，如今的等離子推進器更神奇了。

在推進器中，電極很容易被離子腐蝕掉，推進器之所以用氙等惰性氣體作為“燃料”，就是因為氙不但可以快速電離，而且氙離子對電極的腐蝕性小。即使如此，電極遭受腐蝕也是避免不了的。這樣，電極的使用壽命就限制了推進器的壽命，因為推進器進入太空後，電極是沒法更換的。另外，地球上氙的含量也不大，作為等離子推進器的燃料，昂貴而又有限。這些都限制了等離子推進器無法大展神通。

因此必須對推進器進行改進，例如用很多小電極組成一個大電極，外面包裹上一個難以被腐蝕的套管，這樣，離子就不容易直接接觸到電極了。這樣的推進器，隻要在電極之間加上高電壓，也可以利用周圍的空氣作為“燃料”了。

最新研究的等離子推進器已經把電極消除了，它使用電磁波的能量來把物質加熱到高溫電離，就像微波爐那樣對物質加熱。但它采用的電場很強，因為電磁波加熱的能力與電場強度的平方成正比，那麼在很高的電場下，就可以迅速把物質加熱到超過1000℃的高溫。它的電離室是陶瓷材料制造的。電離後的離子被特定頻率的交替變化的電磁場加速，加速到一定速度後，就可以沖出飛船，給飛船提供推動力了。這種推進器消除了離子對電極的腐蝕，讓所有能夠吸收微波的物質都可以作為推進器的燃料，如果它用于國際空間站，真的可以利用宇航員的尿液作為燃料。

但是作為深度太空探索的推進器，需要遠離地球，因此它沿途還是要攜帶體積小的固體物質作為燃料的。另外，等離子推進器一般都是利用太陽能電池來供電的，那麼遠離太陽後呢?這種特殊使命的推進器就需要準備核能來持續供電了。

現在等離子推進器的速度也大大提高了，例如可以在幾十天的時間裡，把飛船加速到50千米/秒以上。因為它的燃料不是昂貴的稀有氣體了，它噴出的氣流就比以前強大多了，因此美國宇航局才會對外宣言：1個月左右到達火星!

不過需要說明的是，等離子推進器雖然性能優越，但是沒有普通火箭推進器的幫助還是不行的，因為飛船在離開地面的時候，還是需要強大的推動力把它推入太空，否則靠等離子推進器微小的推動力，飛船也許永遠都無法離開地面，等離子推進器隻有等飛船進入太空後，才能大顯身手。

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