碘离子驱动首次将卫星送入太空

碘有一天，在太空中首次测试碘基推进器后，可以推动和定位微型卫星星座。该系统为操纵卫星提供了一种更便宜、更通用、更有效的推进剂解决方案，而现有的电动推进器技术主要依赖于氙．

“碘是一种改变游戏规则的推进剂，我们的研究结果首次表明，它不仅是氙的可行替代品，而且还能提高性能，”特雷弗·拉弗勒(Trevor Lafleur)说ThrustMe这家法国公司研发了这项技术。

离子驱动往往用于小型卫星，因为它们具有非常高的燃料效率。它们通常利用太阳能电加速推进剂气体的离子，以移动、改变轨道和避免碰撞。氙一直是这类系统的主要推进剂，因为它相对较高的原子质量(131)——这是产生高功率推力比的必要条件。氙也适合，因为它电离很快，这限制了等离子体产生时的功率损失。此外，它是一种惰性气体，具有非常低的化学反应性和毒性。

然而，在航天工业中有一种日益增长的趋势，就是用越来越小的卫星组成卫星网络或星座。氙的稀缺性和高昂的价格引发了人们的担忧，即未来的需求可能导致价格大幅波动和供应问题。

还有人担心，如果卫星在没有推进能力的情况下发射到太空，会产生更多的在轨碰撞和空间碎片。据估计，未来10年将发射多达24000颗卫星。Lafleur说:“目前许多小型卫星的推进力很小，甚至没有推进力，这是因为与储存气体推进剂(如氙)有关的困难。”

“离子推进器，直到最近五年，使用较少，因此可以使用氙，它的稀缺性不是一个问题，”他说查理·瑞恩他在英国南安普顿大学开发小型航天器推进系统。但航天工业的快速发展意味着氙气的使用正变得不可持续。

坚实的解决方案

大约20年来，研究人员一直在探索使用碘作为替代推进剂，碘的原子质量也很高，为127。碘的储量比氙丰富得多，价格也便宜得多，其密度是氙的三倍，即使在气体被加压的情况下也是如此。此外，由于碘在室温下是固体，它不会造成爆炸风险，也不需要重型高压储罐，这使得基于碘的系统更简单、小型化。

然而，由于各种工程挑战，到目前为止，它只在地面上进行了测试。一是它会腐蚀储存容器。另一个问题是，固体碘首先需要在恶劣的太空环境中升华，以产生推进剂所需的气体。它也有比氙更复杂的等离子体化学，它的许多物理性质还没有被很好地理解。

瑞恩解释说:“其他人已经开发了类似的系统，但ThrustMe是第一个解决使用这种困难的推进剂并在太空中进行测试的工程挑战。”“它还具有显著的存储优势，是小型卫星推进的理想选择。”

ThrustMe的电动推进器的工作原理是，首先用1瓦的功率将固体碘加热成气体。然后，气体流入一个腔室，在那里，当电流施加到射频天线上时，它会被产生的电子轰击。由此产生的电磁场会加速电子，当与碘气体分子发生碰撞时，会产生两个电子和一个带正电的碘离子，从而产生等离子体。

然后从等离子体中提取正离子，并加速到非常高的速度朝向排气，这产生推力。为了防止推进系统和航天器充电，多余的电子被喷射到排气羽流中。

2020年11月，ThrustMe将其系统作为中国飞机跟踪卫星的一部分发射到轨道上。它在2020年12月底首次成功发射了推进器，随后几个月又进行了几次试射。Lafleur说:“当我们知道推进系统运行正常时，我们非常兴奋，我们看到了碘电推进系统在太空中的第一个结果。”

“这是一个令人兴奋的结果，”他说本杰明家他在美国密歇根大学开发电力推进系统。“作者已经证明了许多已知的技术问题——性能下降和流量输送的挑战——是可以解决的。”

他说，我预计这将对小型卫星行业产生重大影响。供应商一直在寻找这样的技术，对他们的航天器来说既经济又安全。”“话虽如此，短期内一个有趣的挑战是，看看这样一个低功率系统的性能指标是否足够高，以满足航天器供应商的任务要求。”