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绕太阳飞行将使航天器速度达到有史以来最高

导读 美国宇航局对开发一种推进方法非常感兴趣,这种方法可以让航天器飞得更快。我们曾多次报道过支持这一目标的不同想法,其中大多数比较成功的...

美国宇航局对开发一种推进方法非常感兴趣,这种方法可以让航天器飞得更快。我们曾多次报道过支持这一目标的不同想法,其中大多数比较成功的想法都很好地利用了太阳的引力,通常是通过弹射的方式绕过太阳,就像目前木星常用的方式一样。但是,这样做仍然存在重大障碍,其中最主要的障碍是太阳辐射的能量会蒸发任何靠近太阳并利用引力助推的物体。这就是美国宇航局高级概念研究所 (NIAC) 支持的一个项目正在试图解决的问题,该项目由劳伦斯利弗莫尔国家实验室的杰森·本科斯基 (Jason Benkoski) 负责。

该项目于 2022 年获得 NIAC 第一阶段拨款,重点是结合两个独立的系统——隔热罩和热推进剂系统。根据该项目的最终报告,结合这两种技术可以让航天器执行所谓的围绕太阳的奥伯特机动。在这个轨道力学技巧中,航天器利用太阳的引力井以高速弹射自己,朝着它瞄准的方向前进。它类似于其他文章中讨论的 Sundiver 技术。

那么,是什么让这个项目如此独特呢?其中之一就是隔热罩——本科斯基博士和他的团队开发了一种能够承受高达 2700 K 高温的材料。虽然这还远未达到太阳表面温度(最高可达 5800 K),但足以接近,从而解锁航天器使用奥伯特机动的能力。

锂氢燃料意外成为逃逸速度最快的燃料。计算表明,它可以达到超过 12 AU/年的速度。然而,这种燃料的储存和处理存在一些限制。

Benkoski 博士最终选择了一种更为普通的燃料作为他所做建模的赢家——甲烷。虽然甲烷的最终速度通常比氢化锂慢,但其最终速度仍然相当可观,超过 10 AU/年。它还消除了其他推进剂的许多存储麻烦,例如存储氢气所需的低温技术。

不过,也有一些缺点——计算出的最大速度仅比利用木星引力加速所能达到的速度快 1.7 倍左右,而木星引力加速不需要所有花哨的热屏蔽。不过,这还有其他缺点,例如航天器的飞行方向受到木星相对于其他感兴趣物体的位置限制。另一方面,绕太阳运行,只要控制得当,几乎可以到达太阳系的任何地方,甚至更远。

正如 Benkoski 博士在最终报告中指出的那样,他在进行建模计算时做出了许多假设,包括该系统只能使用已经开发的技术,而不是可能对结果产生巨大影响的推测性技术。目前,NASA 似乎尚未选择该项目进入第二阶段,而且目前还不清楚未来计划进行哪些进一步开发。至少,这是朝着理解如何真正将航天器以前所未有的速度送过太阳并进入深空的必要条件迈出的一步。鉴于 NASA 一直关注这个问题,毫无疑问,总有一天,其中一个任务将成功实现这一目标。

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