碘的使用促进了更高效的电力推进系统的实现 _小知识

作者：亚历克斯·洛帕特卡
编译：纯珍

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图片来源：ESA/G 。波特，CC BY-SA 3.0
上图为CubeSat 的真实尺寸 3D 模型。有限燃料的限制和严格的太空旅行性要求推进系统最大限度地提高推力功率比。对于电动推进系统，氙气的低电离阈值和高原子质量使其成为行业的首选。但它的稀有性、昂贵的价格和竞争性的地球应用促使研究人员寻找更可持续的替代品。

其中一种很有前景的候选物是碘，它的原子质量与氙气相似，而且电离阈值较低。研究人员已经开始研究碘的潜力。最近，来自法国航空航天公司 ThrustMe 的 Dmytro Rafalskyi 和他的同事展示了这种新型推进剂在太空中的可行性。

与通常在 10-20 兆帕压力下作为超临界流体储存的氙不同，碘可以作为未加压的固体保存。无需对燃料加压，研究人员设计了一种推进系统，该系统由一个碘储罐组成，该储罐直接通过管道连接到电感耦合等离子体源。附近的加热器使碘升华，射频天线将碘气体电离以形成等离子体。在那种状态下，一组带电网格会提取并加速碘离子以产生推力。

该推进系统用一颗 20 公斤、烤箱大小的卫星进行了测试，该卫星于 2020 年 11 月发射到轨道上。在 11 次点火测试中，研究人员观察到 55 瓦功率产生的平均推力为 0.8 mN 。每次发射的平均推力将卫星的高度改变了 200-400 m 。下图显示了推力测试过程中卫星轨道的变化（黑色箭头）。

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图片来源：D. Rafalskyi 等，Nature 599 , 411 (2021 )

研究人员计算出，他们的碘推进系统的燃料效率比类似的氙气系统高约 50% 。碘的另一个优点是占地面积小。原型碘系统的重量略高于 1 千克，可装入一个体积约为 1000 cm 3的立方体中。另一方面，基于氙气的推进系统的尺寸大约是其两倍，重量是其 1.5 倍。
【碘的使用促进了更高效的电力推进系统的实现】

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