話說這顆供人類棲息的地球，能否永恆的懸浮在太陽系內永保經久不衰？以觀測宇宙恆星與行星的演變規律行徑，結局不會如我們所願。生命之所以能夠延續，離不開平臺的寄養。

隨著天文觀測科學的建立與完善，以及地質科學家的新發現，地球上擁有過的生物，並非只有目前的。根據大量科研數據資料顯示證明，地球生物圈以紀元為單位，發生過無數次的大演變與滅絕。曾經統治地球的生物，早已不復存在。而今天的人類，恐也難迴避這一規律。

面對現實的未來，要想延續生命的火種，正如科幻作品《流浪地球》所演繹的那樣整體搬家。但以物理學的嚴謹態度，把整個地球搬移到另外一個星系是不可能實現。以現有的知識蘊含量為基礎，只能舍遠求近，選擇逃離地球，前往周邊近距離行星的願景，才有望在不遠的將來實現。

鑑於地球和宇宙的環境區別，人類離開地球需要分三步走。第一步，使用化學燃料為推進的飛行器，將人造宇宙飛船輸送到近地軌道；第二步，關閉化學燃料動力系統，啟動適應宇宙空間環境的推進系統；第三步，經過漫長的星際航行，降落星球的技術。

第一代航天推動系統，（圖片來源網絡）

化學燃料推進方式，作為第一代航天動力系統，只能為近地空間服務。隨著深空探測計劃的實施，他原有的設計與功能參數，已不再滿足新條件的需求。為了能夠實現快速且安全的飛往月球和火星，目前階段，科學家把主要希望寄託於離子推進系統。

離子推進系統

離子推進系統與第一代航天動力系統的不同，在於不需要燃燒大量化學燃料。它通過氙和氪等穩定氣體電離，利用太陽能電池的電力將電子從氣體原子中剝離出來，產生一股帶正電荷的離子流，即所謂的等離子體。宇宙飛船將這些等離子體的廢氣推出，推動自己穿過失重的虛空。這種推進器被稱為等離子推進器，或電力推進引擎（NEXT）。

離子引擎結構 (圖片來源:NASA)

目前，運轉在地球預定軌道上面的導航、通信和軍用的衛星都攜帶了離子引擎，方便在必要的時候，進行微小的航向修正，以及保持穩定的軌道。然而，要想實現星際宇航，安裝在衛星上面的離子引擎，還不夠大推力比。

離子器的類型

為了能夠讓離子推進系統，安裝在宇宙飛船上實現高速的航行，科學家根據其加速的需求，建立了三大類型的研究方向。

<strong>其一、電熱發動機利用電力來加熱推進劑，或者通過加熱元件(一種稱為電阻噴射器的結構)來傳遞電流，或者通過熱電離氣體或等離子體本身(一種電弧噴射器)來傳遞電流。

變比衝磁致離子漿火箭 (圖片來源:NASA)

<strong>其二、電磁發動機通過將推進劑轉變成導電等離子體來電離推進劑，通過高電流和磁場的相互作用來加速。這種技術被稱為脈衝等離子體推進器，實際上與電動機的工作原理非常相似。

<strong> 其三、靜電發動機利用高壓作用於兩個有許多小孔的柵極所產生的電場來加速推進劑，這種柵極離子發動機稱為“黎明”號發動機。另一種靜電設計是霍爾效應推力器，它以類似的方式工作，但不是高壓電網，而是通過在磁場中捕獲電子，在推力器的出口平面產生電場。

離子引擎“黎明”號衛星（圖片來源：NASA）

研究的進展

美國NASA的NEXT離子推進系統，已擁有15年的未間停的運轉實驗，累計高達13.5萬個小時，消耗了高達幾千公斤的氙推進劑。經過實驗發現，他在宇宙中的航行成本僅為第一代航天動力系統的十分之一，在太空速度能夠達到約每秒20~40公里。新型版本預計在2022年前後，具備列裝在更遙遠探測任務衛星的條件。

離子引擎實驗畫面（圖片來源：NASA）

為了能夠針對該推進系統的排氣速度的進行深入研究，科學家正在創建新的計算機模型，希望通過探索等離子體如何達到更快更強的排氣速度來進一步改進等離子體推進器，為下階段飛出太陽系做準備。

閱讀更多 汽航島 的文章

關鍵字: 離子 月球 等離子體