WVU研究人员探索替代能源以帮助为太空提供动力

由于全球范围内传统推进燃料短缺，卫星和航天器正在空转。作为回应， 西弗吉尼亚大学的两名 研究人员正在寻找为推进器提供动力的替代方法，这些推进器使卫星保持在轨道上并有可能驱动深空飞船。

西弗吉尼亚大学埃伯利艺术与科学学院的Earl Scime、Oleg D. Jefimenko 物理学和天文学教授以及 研究助理教授 Thomas Steinberger已获得 NASA 既定计划的 748,000 美元赠款，以刺激竞争性研究以探索推进系统不依赖传统燃料来源。

EPSCoR 鼓励像西弗吉尼亚州这样的州寻求联邦资金来开发基础设施，使它们在未来的资金中具有竞争力。Scime 说他和 Steinberger 正在抓住这个机会为进行等离子推进器实验奠定基础。等离子推进器用于使轨道卫星保持在正确的轨道上，改变轨道并纠正航天器的姿态。

多年前，航天器推进器由联氨提供动力，联氨是一种有毒且易燃的推进剂来源。现在，大多数都由使用氙气的等离子推进器提供动力，氙气是一种从地球大气层中提取的惰性气体。

“这是一个代价高昂的过程，”Scime 说。“它通常是钢铁制造的副产品，世界上生产氙气的最大蒸馏厂之一位于乌克兰的马里乌波尔，该厂已被摧毁。世界上很大一部分氙气供应已经枯竭，供应非常短缺。”

氙气的替代品是氪气，但​​它也很难获得，因为它也是在乌克兰生产的。此外，SpaceX 在公开市场上为其 Starlink 卫星购买了很大一部分。随着氪变得稀缺，Starlink 已经转向氩。

“依靠稀有惰性气体推进航天器已经成为一个真正的问题，”Scime 说。

为此，他和斯坦伯格一直在研究以固体形式存在的碘作为替代燃料。

“它有一些巨大的优势，”斯坦伯格说。“你可以把它装进航天器的一个小体积里。您不需要高压罐或气体处理。几年前，我们对碘产生了兴趣，从空军那里得到了一些制造碘等离子体的设备，我们开发了一种测量碘离子流量的诊断方法。现在我们正在考虑下一步。”

Scime 的团队开创了碘等离子体激光光谱学的先河，并开发出世界上第一种测量推进器中电离碘速度的方法。

“我们向 NASA 提议使用我们的激光技术在这里测试碘基推进器，这样人们就可以有更好的方法来表征碘推进器，”他说。

由于碘很脏并且会在大型测试室中引起呼吸问题，因此 Scime 和 Steinberger 将建造一个更小、更简单的室来开发和完善离子推进器诊断技术，然后可以将其移植到更大的设施中。

虽然该团队处于这个为期三年的项目的早期阶段，但他们设想在开发衡量推进器性能是否良好的方法方面发挥作用。

“我们正在建造碘基推进器，”Scime 说。“因此，在 20 年内，我们预计会在卫星上看到很多碘推进系统，甚至可能会在长期的火星任务中看到。希望我们能看到这些类型的推进器得到广泛使用。我们将成为使它们运作良好的过程的一部分。”

没有其他小组对电离碘进行激光光谱分析，尽管许多小组正在开展基于 Scime 和 Steinberger 工作的研究。

“我们已经证明它有效，”Scime 说。“信号非常好。我们预计很多其他小组很快就会进行碘激光光谱学研究。”

Scime 和 Steinberger 表示，他们希望西弗吉尼亚大学成为众所周知的地方，可以对基于碘的推进器和其他类型的推进器进行高级诊断。

“这就是我们看到我们的利基市场的地方，”Scime 说。“对于那些说‘我想在这种混合气体上运行推进器’的人来说，我们是首选。你能给我一个激光方案，让我可以测量粒子出来的速度吗?这就是我们要做的。

梅兰妮·佩奇 (Melanie Page)是宇航局西弗吉尼亚太空资助联盟/宇航局 EPSCoR 的主任 ，也是西弗吉尼亚大学研究办公室 负责创意和学术活动的副总裁 。

“2021 年的最新数据显示，28 个 EPSCoR 州从宇航局的资金和经济影响中受益的程度不如加利福尼亚州，”佩奇说。“这就是为什么 EPSCoR 计划如此重要——它开始通过研究基础设施的发展来平衡竞争环境，以便来自西弗吉尼亚州的杰出科学家能够公平地竞争联邦研究基金。”

Scime 预计在这个项目上工作会很有趣。“而且，我们完全有能力做到这一点，”他补充道。“NASA 对我们推动这项工作感到非常兴奋，因为他们将需要这些技术。”