普林斯顿科学家：利用太阳耀斑机制的新型火箭推进器

普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的物理学家提出了一种新型的火箭推进器，它可以将人类带入火星。

该装置将施加磁场，以使等离子体、带电气体（也称为第四物质状态）的粒子射出火箭的后部，并由于动量守恒而推动飞行器前进。当前经过太空验证的等离子推进器使用电场来推动粒子。

如图所示普林斯顿科学家利用了太阳耀斑背后的机制的新型聚变火箭推进器的概念。

这一火箭推进新概念通过太阳耀斑背后的机制来加速粒子，这个机制过程在整个宇宙中都存在，包括太阳表面，在这样的过程中磁力线会聚，突然分离，然后再次结合在一起，从而产生大量能量。这种机制也发生在称为托卡马克的如甜甜圈形状的核聚变装置中。

普林斯顿等离子体物理实验室首席研究物理学家、法蒂玛·埃布拉希米（Fatima Ebrahimi）说：“已经对此研究了一段时间了。”她是火箭推进新概念的发明者，并在《等离子物理学》杂志上予以了详细阐述。 这个想法源自托卡马克核聚变。 “这种托卡马克在运行过程中会产生称为等离子体的磁泡，以每秒20公里的速度运动，在我看来，这很像推力。”

聚变是驱动太阳和恒星的力量，它以等离子体的形式结合光元素（由自由电子和原子核组成的热的、带电的物质，构成可见宇宙的99％），从而产生大量的能量。科学家们正在寻求在地球上复制核聚变，以提供几乎不竭的电力供应。

当前使用电场推动粒子的等离子推进器只能产生低的比冲或速度。但是在计算机上进行的计算模拟显示，这种新的等离子推进器概念可以产生每公里数百公里的速度，比其它推进器快十倍。

埃布拉希米说：“太空旅行要花费数月或数年，由于化学火箭发动机的特定冲力非常低，因此，飞船需要一段时间才能达到最高速度。” “但是，如果我们基于磁重联技术制造推进器，那么可以想象，我们可以在更短的时间内完成长距离飞行任务。”

这种推进器概念与其它的存在三个主要区别。首先是改变磁场强度可以增加或减少推力。埃布拉希米说：“通过使用更多的电磁体和更多的磁场，实际上可以旋转旋钮来微调速度。”

第二，新的推进器通过喷射等离子体粒子和称为等离子的磁泡来产生运动。等离子体为推进器增加了动力，没有其它推进器概念将其纳入其中。

第三，与当前依靠电场的推进器概念不同，这种推进器概念中的磁场允许推进器内部的等离子体由重原子或轻原子组成。这种灵活性使科学家能够针对特定任务调整推力的大小。埃布拉希米说：“虽然其它推进器需要由氙气等原子构成的重气体，但在这种概念下，您可以使用所需的任何类型的气体。”在某些情况下，科学家可能更喜欢轻气体，因为较小的原子可以更快地移动。

这一概念拓宽了空间推进研究范围，这是首次提出将等离子体和太阳耀斑核聚变用于太空推进。

参考：Fatima Ebrahimi, An Alfvenic reconnecting plasmoid thruster, Journal of Plasma Physics. DOI: 10.1017/S0022377820001476

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