麻省理工学院的工程师测试一个新的悬停流动站的想法

麻省理工学院的航空航天工程师正在测试一个新的概念,用于悬停的漫游者,该漫游者通过利用月球的自然电荷来悬浮。由于他们缺乏气氛,所以月亮和其他无空体这样

麻省理工学院的航空航天工程师正在测试一个新概念,用于悬停的漫游者,该漫游车通过利用月球的自然电荷来悬浮。

由于它们缺乏气氛,因此月球和其他无气体(例如小行星)可以通过直接暴露于阳光和周围的等离子体来建立电场。在月球上,这种表面电荷足以使灰尘在地面上方超过1米处悬浮,这是静电导致一个人的头发末端站立的方式。

NASA和其他地方的工程师最近提议利用这种自然的表面电荷,以用甲膜甲板制成的机翼悬浮滑翔机,这种材料自然具有与无气体上的表面相同的电荷。他们认为,带电类似的表面应该互相排斥,并用一支将滑翔机从地面上抬高的力。但是,这样的设计可能仅限于小行星,因为较大的行星体将具有更强,更逆性的引力。

麻省理工学院团队的悬浮漫游者可能会受到这种尺寸限制。这个概念类似于复古风格的盘状飞碟,它使用微小的离子梁来充电并增强表面的自然电荷。总体效果旨在以很少的动力在车辆和地面之间产生相对较大的排斥力。在最初的可行性研究中,研究人员表明,这种离子的提升应足够强大,可以在月球上悬浮一辆2磅的小型车辆和像Psyche这样的大型小行星。

MIT航空航天和宇航学系的研究生Oliver Jia-Richards说:“我们考虑使用此类方法,例如日本航天局发起的Hayabusa任务。” “该航天器围绕一个小的小行星运行,并将小流浪者部署到其表面。同样,我们认为未来的任务可能会派出悬停的小流浪者来探索月球和其他小行星的表面。 Jia-Richards的合着者是Paulo Lozano,M.Alemán-Velasco Aeronautics and Astronautics教授,也是MIT太空推进实验室的主任;以及前来访的学生塞巴斯蒂安·汉普(Sebastian Hampl),现在在麦吉尔大学(McGill University)。

离子力

该团队的悬浮设计依赖于使用微型离子推进器,称为离子液离子源。这些小的,微生物的喷嘴连接到含有室温熔融盐形式的离子液体的储层。当施加电压时,将液体离子用一定的力充电并作为光束发射。

Lozano的团队开创了离子推进器的开发,并主要使用它们来推动太空中的小卫星。最近,洛扎诺(Lozano)看到了研究表明月球充电表面对月球灰尘的悬浮作用。他还考虑了NASA的静电滑翔机设计,并想知道:装有离子推进器的流浪者能否产生足够的排斥力,静电力来悬停在月球和大型小行星上?

为了测试这个想法,该团队最初用一个小型的磁盘形漫游车模型,其离子推进器仅充电了车辆。他们对推进器进行了建模,以从车辆上射出负电荷的离子,这有效地给了车辆的正电荷,类似于月球的带正电荷的表面。但是他们发现这还不足以使车辆从地面上脱落。该设计使用微小的离子梁来充电车辆和下面的表面,几乎不需要动力。

“然后我们想,如果我们将自己的指控转移到表面上以补充其自然电荷怎么办?”贾·里奇(Jia-Richards)说。

通过将更多的推进器指向地面并射出正离子以扩大表面的电荷,团队认为,增强功能可以对漫游车产生更大的力,足以使其脱离地面。他们为该方案绘制了一个简单的数学模型,发现原则上可以起作用。

基于这个简单的型号,团队预测,使用10千万卢沃特离子源,重约2磅的小漫游者可以在大的小行星(例如Psyche)上实现大约一厘米的地面悬浮。为了在月球上获得类似的升空,同一漫游者将需要50公斤的源。

Lozano解释说:“这种离子设计几乎没有动力来产生很多电压。” “所需的力量是如此之小,您几乎可以免费做到这一点。”

在悬架中

为了确保模型代表太空中真实环境中可能发生的事情,它们在Lozano的实验室中运行了一个简单的方案。研究人员生产了一辆重约60克的小型六角测试车,并测量了一个人的棕榈的大小。他们安装了一个指向的离子推进器,四个指向下方,然后将车辆从校准的两个弹簧上悬挂在铝表面上,以抵消地球的重力。整个设置都放置在真空室内,以模拟月球和小行星的无气环境。研究人员还悬挂了从实验的弹簧中悬挂一根钨杆,并使用其位移来测量每次开火时推进器产生的力量。他们将各种电压施加到推进器上并测量所得力,然后用来计算单独的车辆可能悬浮的高度。他们发现这些实验结果与模型中相同情况的预测相匹配,使他们充满信心,其预测悬停在心理和月球上的漫游者是现实的。

当前的模型旨在预测简单地实现悬浮所需的条件,恰好离地面约1厘米的2磅车辆。离子推进器可以用更大的电压产生更多的力,以将车辆从地面上抬起。但是贾·里奇德(Jia-Richards)表示,该模型需要修改,因为它无法解释发射离子在更高海拔高度上的表现。

他说:“原则上,通过更好的建模,我们可以悬浮到更高的高度。”

在这种情况下,Lozano说,未来对月球和小行星的任务可以部署使用离子推进器安全地悬停并在未知的,不均匀的地形上进行操作的流浪者。洛扎诺说。“小行星的地形可能完全不平衡,只要您有一种控制训练的机制来保持流动量的漂浮,那么您就可以经过非常粗糙,未开发的地形,而无需在物理上躲避小行星。”

NASA部分支持了这项研究。

在麻省理工学院新闻的允许下重新发布。阅读原始文章。

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