太空遨游的妙计之二
时间：2020-12-10 12:00:39 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
飞翔的翅膀
最为突出的发射器是X-33，它由位于加利福尼亚州帕姆代尔的洛克希德·马丁公司的臭鼬工程队研制，是NASA意图把发射成本削减到1／10的联合项目的一部分。X-33是一个大约有实验用航天器一半大小、用以测试一种直线喷管技术以及其他各种技术的发射器。在理论上，直线喷管能够通过一个可以自动适应不断变化气压的发动机，来推动一个完全可以重复使用并且垂直起飞飞入轨道的航天器。但是X-33本身并不进入轨道，它弥补了现有制造技术的缺陷。但还是有人提出怀疑，认为它没有办法提供给NASA足够的信息，以保证NASA尽快就是否继续依赖现有的航天飞机直到2020年，还是在2012年淘汰这些昂贵的重负荷机器做出决断。
制造发动机时遇到的困难使得X-33推迟了发射。NASA的首席工程师丹尼尔·R.马尔维尔指出，对X-33的飞行测试会尽快完成，在做出建造完整的单节推进轨道飞行器的决定前，仍需要一两年的时间进行研发。
其中存在一个问题，就是世界上没有一个足够大的蒸压器来使全复合材料的液态氢气罐密闭，此外，建造那些可以使航天器抵御热量进入的金属瓦片也需要耗费更大努力。来自国会研究服务中心的马西娅·史密斯指出，“冒险星”被作为将来可能的国家发射系统，但是所需时间会很漫长，而且第一个“冒险星”航天器并不会携带人类。
现在，NASA在研究把人类和其他动物运送到轨道上的可能性。一些可能用到的技术正在被称为X-34的实验飞行器上研发，它会测试二节进轨道技术以及一种新型的可重复使用的瓷砖。
展望X-33和X-34以后的技术，该机构最近加大了对高超音速喷气发动机的研究。自1994年11月国家太空飞船计划被取消后，该项技术就一直落后。
这种被看成喷气式飞机发动机变种的超音速燃烧冲压式喷气机，能像普通的喷气式飞机那样吸入空气，而且可以以6马赫的速度飞行，这就使得单节进轨道的目标指日可待。一些被称为X-43的无人驾驶的超音速燃烧冲压式喷气机，其飞行的最高速度甚至可以达到10马赫。
对于这些计划所面临的困难，NASA的加里·佩顿指出，关键是要使空气进入的速度足够慢。从而使得燃料可以充分燃烧以产生推力，而又不能产生多余的热量。从理论上讲，这可以通过在空气进口制造冲击波做到，但是这一过程却会浪费掉大量的能量。
一项可能的突破性发射技术是制造一种吸气式发动机，它可以作为火箭来操纵，既能在较低速度时，也可以在空气变得过于稀薄而无法吸入时使用。在那一高度，飞向太空的航天器速度极有可能达到10马赫。
目前，这种以火箭为基础的循环式发动机尚未通过风洞实验，而且必须将它们设计为飞行器的一部分才能产生足够的推力。
NASA最近为了实施其新的“未来X”计划，与波音公司签署了一份共同分担费用的合同，用以研发一种高科技飞行器来测试不同的超音速飞行技术。佩顿说，“如果一切顺利”，使用联合循环发动机的火箭的飞行测试可能会在4年后进行。
一旦飞行器离开大气层，并且飞行速度达到轨道速率(大约25马赫)，那么太空工程所面临的难题就完全不同了。这时候不再需要更大的推动力，因为飞行器已经脱离地球引力和空气阻力。在这里，人们开发了许多种不同的方法，包括声名赫赫的、在NASA“外太空1”号航天飞船上使用的离子发动机。其工作原理是通过带高压的电栅刺激推进剂中的带电原子(离子)，当离子离开发动机时就会产生推动力。目前，氙灯是最受青睐的推进剂。“外太空1”号的能量来自太阳能电池板，但是从理论上讲，任何可以产生电能的方式都可以用来驱动一个离子发动机，它使得每千克推进剂所产生的推动力，要比以往的化学型火箭大10倍。因此，即便离子发动机只能产生几克的力量，但是理论上它们可以运作多年而不间断，从而使得航天飞船可以达到非常高的速度。NASA刘易斯研究中心的詹姆斯·索荣说，离子发动机可以使人们切实完成对天王星和海王星的探索任务，同时将会获取比20世纪B0年代的“旅行者2”号更多的数据。
其他的推进器
然而，离子发动机并不是唯一被考虑用于探索太阳系的空间驱动器。霍尔效应推进器也可以给离子加速，但是没有电栅。它们部分采用径向磁场来指引离子，并且能产生更大的推进力。NASA刘易斯中心的罗伯特·杨柯夫斯基测试了一个50千瓦的版本，发现研究模型与离子发动机的推进剂同样有效。目前这一技术主要应用在近地空间，如果其功能得到改善，它们可以用于其他领域。
现在，美国政府已经在一个典型的有效载荷上使用了此类发动机。而计划提供管带和全球电信服务的特里德西克公司，也会在其卫星群上使用霍尔效应推进器。
光伏电池如今已经被用于给所有的近地轨道卫星提供能量，并且它们的功能还在进一步完善：NASA已经致力于开发一种新的包含无数可以把光线聚焦到光伏材料上的小镜头的设计，“外太空1”号正在测试这种类型。人们还希望，太阳能发电可以被用来提供更直接的推动力。美国空军已经斥资4800万美元实施一个4年计划，用以研发太阳能驱动的最后的火箭段，它可以只用化学火箭发射成本的一小部分就把卫星从低轨道移送至静止轨道上。
太阳轨道转移飞行器用轻型的镜子把太阳光转移到石墨板块上，可以使温度达到2100℃，并使储存的液氢蒸发，迅速扩张的气体便会提供推进力。这一技术需要花费3星期～8星期的时间才能把一个典型的有效载荷推进到地球静止轨道，但是它的质量很轻，这意味着卫星能够用一个比较小型的火箭进行发射。
波音公司的项目执行经理托马斯·克斯勒指出，使用这一技术可以将发射费用节约数千万美元。但是，太阳的作用也只能发挥这么多，如果要探索比木星更遥远的行星，利用太阳能就变得很困难。
探索木星的“伽利略”计划和探索土星的“卡西尼”计划都采用的是放射性同位素热发电机，利用钚238衰变产生的热量来制造少量电力。但是，这种技术目前还不能大规模地用以产生更大的热量。许多航天迷认为，能够在太空中运作的核反应堆可以解决这一问题。然而，由于核反应堆的运作会产生一些放射性废物，主张利用空间核动力的支持者正在提出一种设计，这种设计可以在化学火箭上发射并且将一直处于休眠状态，只有在到达远离地球的安全位置后它们才能被激活，因此它们并不会构成威胁，从而避免核泄漏事故。有估计表明，核能驱动的火星旅程只需要花费100天的时间，差不多是化学火箭预计要花费时间的一半。
NASA的首席技术专家塞缪尔·文内里指出，反应堆可以提供电力以在火星上设立基地。反应堆可以用多种方式产生推动力，詹姆斯·鲍威尔描述了一
