在科幻片中,我们常常看到这样的经典场面:宇宙战机轻盈地飘过,后面拖着长长的天蓝色尾焰,在太空中画出各式各样的形状——光是看着就觉得很先进嘛!但是回到现实,火箭每一次升天,后面拖着的尾焰是橘黄色的,还常常伴随着灰黑色的浓烟。是不是觉得有点儿美中不足呢?

还好,这种遗憾持续不了几年了。随着离子推进器技术日渐成熟,我们可以期待一下“先进感觉”的尾焰。

一般的火箭和内燃机,都是使用化学能作为能源的,通过几种不同物质的化学作用,产生另一种物质,新物质需要占据更多的空间,这种情况下产生的推力推动内燃机或火箭工作。

离子推进器也是依靠新物质挤占空间而工作的,但这种新物质的产生并非由于化学反应,而是物理作用:用电磁场加速原子,使原子轰击其他的原子,产生游离的离子。游离的离子占据的空间很大,这种爆炸式的推力由一个喷口喷射出去,产生定向的推力。

离子推进器最大的优点是耐用、轻便、精密。一次加满燃料,离子推进器可以持续工作上十年。这一点,对在太阳系内旅行起到了决定性的作用:假设向木星或土星发射一枚火箭,使用化学推进的话,火箭很快会燃烧完,从而在漫长的旅途中没有加速过程。但使用了离子推进器,加速可以一直进行,大大缩短航行的时间。有人计算过,一台16吨的飞船,在同样的距离内,使用化学火箭,需要上十年才能抵达,但如果装备离子推进器,可能只需要三年。

离子推进器可以做得很小巧,提供很精密的推力。在宇航员身上安装化学火箭是不现实的,因为化学火箭只要一次点火就足够将宇航员推向茫茫太空,化作天边的星星。但离子推进器则可以轻轻将宇航员推向指定的位置。一台小型太空船上,也可以装备多个离子推进器,实现精密的转向动作。

在未来的宇宙战机上装备离子推进器是必然之选。只有离子推进器,才能提供宇宙战机精密、灵活、长期的飞行动力。

不过,离子推进器也是有缺点的,它的爆发力不强,很难在短时间内提供巨大的推力。这也就决定了化学火箭仍将活跃很久,尤其是在担负突破地心引力,将飞船推进到太空的任务上。

那么,离子推进器的燃料是什么呢?理论上,一切物质都可能作为离子推进器的燃料,或者说燃烧一切物质的离子推进器都可以被研制出来。不过出于轻便和经济的考虑,目前的离子推进器主要使用水银和氙气作为燃料。

水银大家都很熟悉,至于氙气,大家可以在氙光灯里找到它,而我们又可以在广告牌和汽车前灯上找到氙光灯。当然,水银和氙气都并不便宜,不过考虑到离子推进器对燃料的消耗很小,因此离子引擎的性价比还是很高的。

在宇宙航行之路上,人们有着许多大胆的设想:通过核弹炸自己的屁股上天的原子火箭、用反物质作为动力源的光子火箭……所有这些设想都是有可能实现的,只是没有哪个像离子推进器这样离我们如此之近。也许,数年之后,我们所能见到的不只是使用离子引擎翱翔于天空的卫星和飞船,还可以在大气层内看见使用离子推进器的飞机和飞艇,甚至车辆和船只。

这并不是乐观的遐想,而是正在讨论中的计划。美军就曾经构想制造庞大的离子推进器飞艇,停滞在二万米的高空,用数个离子推进器保持飞行姿态。这个计划在技术上是可行的,仅仅是因为美军没有这方面的战争需要才中断了这个计划。

在化石能源逐渐枯竭的今天,离子推进器将会是一个替代它们的好选择。

编辑/杨明珠