太阳能电动推进器将用于NASA的Psyche飞船

Psyche任务假想图

据NASA报道，未来Psyche飞船进行深空探索时，将采用电动推进技术，为飞船提供强大的动力支持。曾经电动推进只是科幻小说才能看到的东西，NASA的Psyche 飞船即将采用太阳能电力推进技术即霍尔推进器，促其太空飞行。Psyche 飞船的目标：探索位于火星和木星间的一颗富含金属的小行星。

美国宇航局喷气推进实验室的工程师于2021 年 7 月将霍尔推进器集成到该机构的 Psyche 飞船中。 其中一个推进器在红色保护罩下方的航天器侧面可见。

霍尔推进器集成到该机构的 Psyche 飞船

Psyche 飞船组装

Psyche 飞船预计于 2022 年 8 月发射，利用三年半的时间行驶约24 亿公里到达小行星，科学家认为它可能是小行星核心的一部分，小行星是早期岩石的组成部分。一旦进入轨道，任务团队将使用科学仪器的有效载荷来研究这个独特的目标可以揭示像地球这样的岩石行星的形成。

Psyche 飞船飞行的假想图

Psyche 飞船将依靠猎鹰重型运载火箭的大型化学火箭发动机从发射台起飞并逃离地球引力。在 Psyche飞船 与运载火箭分离，它将依靠太阳能作为电力推进， 这种推进形式始于将阳光转化为电能的大型太阳能电池阵列，为航天器的推进器提供动力源。 它们被称为霍尔推进器，而 Psyche 飞船将是第一个在月球轨道之外使用霍尔推进器的飞船。

Psyche飞船 将携带装满氙气的储箱作为推进剂，氙气与汽车前灯和等离子电视中使用的中性气体相同。 飞船的四个推进器将使用电磁场来加速和驱逐氙的带电原子或离子。 当这些离子被排出时，它们会产生推力，轻轻推动 Psyche 穿过太空，发出蓝色的电离氙光束。

霍尔电动推进器

上面左图为氙气等离子体从霍尔电动推进器发出蓝光，与将 NASA 的 Psyche 飞船推进到主小行星带的推进器相同。 右边是一个类似的非工作状态推进器。

事实上,施加的推力飞船小，大约相同数量的压力你觉得四分之三握在你手中。但这足够通过深太空为飞船加速。没有大气阻力的情况下，飞船最终将加速速度高达每小时320000公里。因为这种方式非常高效，Psyche 飞船的霍尔推进器可以几乎不间断的工作多年，而不会耗尽燃料。Psyche 飞船将携带922公斤的氙坦克，如果采用传统的化学推进器，工程师估计该任务会消耗超过大约五倍的推进剂。

当2012年首次设计Psyche飞船任务时，就提出采用太阳能电力推进技术，但是作为该项目的一个重要部分之一，仍然需要一个电动推进专业团队研究用太阳能电力推进来计算轨迹和轨道。

真空条件下测试太阳能电力推进霍尔效应推进器

预计2023年5月，Psyche 飞船将会从 NASA 肯尼迪航天中心历史悠久的39A发射架进行发射升空。猎鹰重型飞船将把航天器放置在一条轨道上，以便在火星上飞行以获得重力辅助。 2026 年初，推进器将完成使航天器进入环绕小行星 Psyche 的轨道进行精细工作，并通过弹跳方式返回到围绕其目标的轨道。

这项任务难度非常大，因为科学家对这颗小行星知之甚少，它在望远镜中看起来只是一个很小的光点。地面雷达显示它大约 226 公里宽，呈土豆状，这意味着科学家们在到达那里之前不会知道它的重力场究竟是如何工作的。随着为期 21 个月科学研究的进行，导航工程师将使用电动推进器让航天器通过一系列轨道飞行，逐渐使航天器越来越接近 Psyche。

位于南加州的喷气推进实验室曾经为深空 1 号采用了类似的推进系统，深空 1 号于 1998 年发射升空，并在 2001 年任务结束前飞过一颗小行星和一颗彗星。其次是黎明号，也使用了太阳能电力推进器前往小行星灶神星并绕原行星谷神星运行。 作为有史以来第一艘绕两个外星目标运行的航天器，黎明号任务持续了 11 年，于 2018 年结束，当时它用尽了用于维持其方向的最后一种肼推进剂。

数十年来，Maxar Technologies 一直使用太阳能电力推进为商业通信卫星提供动力，但对于 Psyche 来说，他们需要调整超高效的霍尔推进器以在深空飞行，这就是 喷气式推进实验室工程师间的通力合作。两个团队都希望 Psyche 通过首次在月球轨道之外使用霍尔推进器来帮助推动提高太阳能电力推进的极限。

采用太阳能电力推进技术提供了成本节约、效率和功率的正确组合，并且可以支持未来火星及其他地区的科学任务方面发挥重要作用。除了提供推进器外，Maxar 位于加州帕洛阿尔托的团队还负责建造飞船的厢式货车底盘，该底盘装有电气系统、推进系统、热系统以及制导和导航系统。完全组装好后，Psyche 将进入喷气推进实验室的巨大热真空室进行模拟深空环境的测试。到明年春天，航天器将从喷气推进实验室运送到卡纳维拉尔角进行发射。