據(jù)國(guó)外媒體近期報(bào)道，美國(guó)一家私營(yíng)公司——Astra火箭公司正在建造用于國(guó)際空間站飛行的創(chuàng)新型“等離子體火箭”（VASIMR），這種火箭將來有可能執(zhí)行探訪行星的任務(wù)。而早在今年3月初，美國(guó)麻省理工學(xué)院華裔物理學(xué)家、火箭科學(xué)家和前任宇航員張福林就曾宣稱，采用最新科技的等離子體火箭，未來從地球到火星的旅行只需要39天，這一時(shí)間只是目前借助其他航天器從地球到火星飛行所需時(shí)間的六分之一。
“等離子體”在我們的現(xiàn)實(shí)生活中并不陌生，它是廣泛存在于自然界中的一種電中性的電離氣體，是繼物質(zhì)存在的固體、液體、氣體三種形態(tài)之后出現(xiàn)的第四種物質(zhì)形態(tài)，具有數(shù)密度近似相等的自由電子和正離子，其產(chǎn)生和運(yùn)動(dòng)主要受電磁場(chǎng)力的作用與支配，對(duì)電磁波的傳播有很大的影響。它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，其中包括離子(具有不同符號(hào)和電荷)、電子、原子和分子。在自然界里，熾熱爍爍的火焰、光輝奪目的閃電、以及絢爛壯麗的極光等都是等離子體作用的結(jié)果。對(duì)于整個(gè)宇宙來講，幾乎99.9%以上的物質(zhì)都是以等離子體態(tài)存在的，如恒星和行星際空間等都是由等離子體組成的。用人工方法，如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產(chǎn)生等離子體。
令B-2A“相形見絀”的等離子體隱身飛機(jī)
20世紀(jì)60年代以來，美國(guó)和前蘇聯(lián)等軍事強(qiáng)國(guó)就可開始研究等離子體吸收電磁波的性能。80年代初，前蘇聯(lián)最早開始進(jìn)行等離子體實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)是等離子體在高空超音速飛行器上的潛在應(yīng)用。90年代初，美國(guó)休斯實(shí)驗(yàn)室開展的一項(xiàng)為期兩年、投資65萬美元的實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)用等離子體技術(shù)，可使一個(gè)130毫米長(zhǎng)微波反射器的雷達(dá)回波信號(hào)強(qiáng)度減少到原來的1%。1997年，美國(guó)海軍委托田納西大學(xué)等單位發(fā)展等離子體隱身天線，其原理是：將等離于體放電管作為天線元件，當(dāng)放電管通電時(shí)就成為導(dǎo)體，可正常發(fā)射和接收無線電信號(hào)；當(dāng)斷電時(shí)就成為絕緣體，基本上不反射敵方雷達(dá)輻射的電磁探測(cè)信號(hào)。初步的演示結(jié)果已經(jīng)顯示了這種天線正常的發(fā)射／接收功能和良好的隱身性能。近年來，等離子體隱身技術(shù)在俄羅斯取得了突破性的進(jìn)展，其研究成果明顯領(lǐng)先于美國(guó)，據(jù)報(bào)道，俄羅斯克爾德什研究中心已經(jīng)開發(fā)出第一代和第二代等離子體發(fā)生器，該研究所在地面模擬設(shè)備和自然條件下以及飛機(jī)上的試驗(yàn)已經(jīng)充分地證明了這種隱身技術(shù)的實(shí)用性。
等離子體隱身飛機(jī)是采用等離子隱身涂料研制的一種隱身性能極強(qiáng)的飛機(jī)。等離子體隱身涂料以釙-210、鋦-242、鍶-90等放射性同位素為原料（只要適當(dāng)選擇輻射源，合理控制輻射劑量，對(duì)人體是安全的），在飛行器飛行過程中放射出強(qiáng)α射線，高能粒子促使飛行器表面外的空氣電離形成等離子體層，它對(duì)微波、紅外輻射有很好的吸收效果，其吸收性能使信號(hào)有1-20吉赫茲范圍內(nèi)衰減可達(dá)17分貝。敵方探測(cè)雷達(dá)輻射的電磁波照射到環(huán)繞飛機(jī)的等離子云團(tuán)后主要會(huì)產(chǎn)生兩種現(xiàn)象：首先，一部分電磁波能量被等離子云團(tuán)吸收。因?yàn)殡姶挪ㄔ诖┰降入x子云團(tuán)時(shí)與等離子體的帶電粒子相互作用，會(huì)將能量傳遞給帶電粒子，自身能量被大大衰減；其次，等離子云團(tuán)能使電磁波產(chǎn)生繞射，電磁波繞過等離子云團(tuán)唇，繼續(xù)向前輻射，不產(chǎn)生反射，這將極大地減少反射的電磁波信號(hào)，使雷達(dá)難以發(fā)現(xiàn)隱蔽在等離子云團(tuán)中的飛機(jī)。
俄羅斯在等離子體隱身技術(shù)研究方面領(lǐng)先美國(guó)，設(shè)備已經(jīng)發(fā)展到第三代，前兩代產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)行過飛行和地面試驗(yàn)。俄羅斯下一代戰(zhàn)略轟炸機(jī)使用了等離子隱身技術(shù)，在不改變飛機(jī)氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)的前提下，將飛機(jī)周圍的空氣變成等離子云，達(dá)到吸收和散射雷達(dá)波的效果。據(jù)稱可將飛機(jī)被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率降低99％。新一代技術(shù)將使美軍B-2A相形見絀。
“殺敵于無形”的等離子體防空反導(dǎo)武器
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，如何有效地抗擊導(dǎo)彈襲擊是世界各國(guó)軍事專家們共同關(guān)注的難題�，F(xiàn)有的主要方式是“以導(dǎo)反導(dǎo)”，即用反導(dǎo)彈導(dǎo)彈攔截攻擊的導(dǎo)彈，由于導(dǎo)彈目標(biāo)小、飛行速度快，“以導(dǎo)反導(dǎo)”防不勝防，效果不好。俄羅斯的阿夫拉緬科、阿期卡良和尼古拉那娃3位科學(xué)家獨(dú)辟蹊徑，設(shè)計(jì)出了用等離子武器消滅空中導(dǎo)彈的新方法，對(duì)于各種飛行器而言，它們的致命弱點(diǎn)是飛行環(huán)境的特性，只要能改變它們的飛行環(huán)境，就能找到對(duì)付它們的辦法，他們決定利用彼此交叉的大功率電磁波束來改變飛行器的飛行環(huán)境，將超高頻電磁波束在大氣中聚焦，焦點(diǎn)處的空氣高度電離，形成電離度和密度極高的空氣團(tuán)——等離子云團(tuán)，設(shè)下一個(gè)布滿殺機(jī)的空中“陷阱”。導(dǎo)彈、飛機(jī)等各種飛行器一旦進(jìn)入等離子云團(tuán)，就會(huì)偏離飛行軌道，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，這樣造成的大得驚人的向心力，足以將其撕成碎片，只要l00毫秒就可以使它“粉身碎骨”。
等離子武器主要由超高頻電磁波束發(fā)生器、導(dǎo)向天線和大功率電源等組成。它集雷達(dá)搜索、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和打擊目標(biāo)于一身，極大地簡(jiǎn)化了攻擊過程，等離子武器輻射的電磁波束并不聚焦在目標(biāo)上，而是聚焦在目標(biāo)的前方和兩側(cè)；不是用極高的能量將目標(biāo)燒毀，而是以電磁波束設(shè)下“陷阱”，以破壞飛行器的飛行環(huán)境來打擊目標(biāo)。另外，由于等離子武器輻射的電磁波束是以光速傳播的，導(dǎo)彈彈頭的飛行速度不過8 km/s，最多15 km/s，對(duì)于等離子武器輻射的電磁波束而言，相當(dāng)于“慢鏡頭”動(dòng)作或靜止不動(dòng)的目標(biāo)，攻擊非常容易。等離子武器可在瞬間打擊各種空中目標(biāo)，對(duì)于真假目標(biāo)能夠一并摧毀，可有效地對(duì)付來自太空和高、中、低空大氣層內(nèi)的各種飛機(jī)、導(dǎo)彈的襲擊。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，等離子武器在21世紀(jì)必將作為空中目標(biāo)的新殺手的新星而登上未來戰(zhàn)爭(zhēng)舞臺(tái)，并將發(fā)揮重要作用。
星際旅行的新“飛毛腿”：等離子體火箭
等離子體火箭又稱“可變比沖磁等離子火箭”，是使用等離子體加速器作為推力的火箭。其發(fā)動(dòng)機(jī)包括三個(gè)相連的磁元件，最前面的元件將推進(jìn)氣體離子化，中間的元件則起放大器作用以進(jìn)一步加熱等離子體，最后一個(gè)元件是磁噴嘴，可將等離子體變?yōu)榘匆欢ǚ较蜻\(yùn)動(dòng)的流體。等離子體火箭技術(shù)的關(guān)鍵在于它能改變、調(diào)整等離子體流，以保持最佳推進(jìn)效率。等離子體推進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是推進(jìn)比沖大，即火箭排氣速度與地球重力加速度的比值大，缺點(diǎn)是效率低，其推力與重量比遠(yuǎn)小于1。等離子火箭是一種小功率的火箭，壽命很長(zhǎng)，可在10年以上的時(shí)間內(nèi)連續(xù)提供小推力，先用大功率的化學(xué)火箭將飛行器送入環(huán)繞地球的軌道，然后用這種小推力火箭去執(zhí)行各種特殊任務(wù)。
飛往行星將有力地驗(yàn)證等離子體火箭技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)利用無線電波電離氬、氙或氫等推進(jìn)劑，之后將電離區(qū)加熱至20倍，達(dá)到太陽表面還高的溫度。在控制方向的排氣金屬噴嘴處，等離子體火箭使用磁場(chǎng)。等離子體火箭的發(fā)明者張福林曾為宇航員，2005年離開NASA創(chuàng)立Astra火箭公司全力研制等離子火箭。等離子體火箭技術(shù)2009年在真空室成功進(jìn)行了全功率驗(yàn)證。Astra公司計(jì)劃2014年向空間站運(yùn)送等離子體火箭。作為備份，張福林希望生產(chǎn)兩臺(tái)等離子體火箭，以避免發(fā)射事故或其他重大問題影響首次對(duì)空間站的發(fā)射。一旦發(fā)動(dòng)機(jī)被安全地安裝到空間站外，另一臺(tái)等離子體火箭就可以執(zhí)行一項(xiàng)新任務(wù)，并且不需要NASA的投資。
目前，美國(guó)對(duì)等離子體火箭的未來發(fā)展設(shè)想主要有兩個(gè)：一種構(gòu)想是等離子體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)從空間站外部提供動(dòng)力；另一個(gè)等離子體火箭執(zhí)行小行星任務(wù)。NASA和Astra公司將與國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）組成團(tuán)隊(duì)利用等離子體火箭的高效性，當(dāng)前在研的還有200千瓦的太陽動(dòng)力帆板。火箭抵達(dá)目標(biāo)行星后，太陽動(dòng)力帆板還能為科學(xué)設(shè)備和其他儀器提供動(dòng)力。張福林稱，等離子體火箭不需要?jiǎng)恿ο到y(tǒng)，登上小行星之后關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)，還有200瓦的能量用于執(zhí)行任務(wù)。任務(wù)也可以進(jìn)行雷達(dá)成像和觀測(cè)，選擇樣本發(fā)回地球。這項(xiàng)任務(wù)與美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬的太空新方向也相符合。等離子體火箭小行星任務(wù)是NASA研究團(tuán)隊(duì)目前評(píng)估的若干項(xiàng)提議之一。如果被NASA選中，這項(xiàng)任務(wù)到2017年可以實(shí)現(xiàn)自由太空飛行。
突破化學(xué)火箭“瓶頸”，星際旅行或成現(xiàn)實(shí)
在眾多的科幻小說中，飛行器總能為星際旅行的全程提供動(dòng)力。但在現(xiàn)實(shí)中，目前火箭推進(jìn)器的發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)，根本無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。相對(duì)于裸露在外的推進(jìn)劑儲(chǔ)箱，化學(xué)火箭的發(fā)動(dòng)機(jī)看上去很小，但它的胃口很大，真可謂“吃得多，干得少”�；瘜W(xué)火箭的大部分燃料被用來擺脫地球引力，剩余的一點(diǎn)則被用來推動(dòng)火箭的“太空滑行”�；鸺w往目的地，僅僅是依靠慣性。對(duì)于星際飛行來說，這種引擎顯然力不從心。等離子發(fā)動(dòng)機(jī)采取了一種和化學(xué)火箭完全不同的設(shè)計(jì)思路。它使用洛倫茲力讓帶電原子或離子加速通過磁場(chǎng)，來反向驅(qū)動(dòng)航天器，和粒子加速器與軌道炮都是同樣的原理。等離子火箭在一定時(shí)間內(nèi)提供的推力相對(duì)較少，然后一旦進(jìn)入太空，它們就會(huì)像有順風(fēng)助陣的帆船，逐漸加速飛行，直至速度超過化學(xué)火箭。
實(shí)際上，迄今已有多個(gè)太空探測(cè)任務(wù)采用等離子發(fā)動(dòng)機(jī)，如美國(guó)宇航局探測(cè)小行星的“黎明號(hào) ”（Dawn）探測(cè)器和日本探測(cè)彗星的“隼鳥號(hào)”（Hayabusa）探測(cè)器，而歐洲空間局撞擊月球的SMART-1探測(cè)器的目的之一，就是驗(yàn)證如何利用離子推進(jìn)技術(shù)把未來的探測(cè)器送入繞水星運(yùn)行的軌道。這些已經(jīng)實(shí)用的離子發(fā)動(dòng)機(jī)都很“迷你”（mini），多屬于輔助發(fā)動(dòng)機(jī)，推力和加速度都很小，要使航天器達(dá)到預(yù)定的飛行速度，用時(shí)極長(zhǎng)—SMART-1的等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)提供的加速度只有0.2毫米/秒，推力只相當(dāng)于一張紙對(duì)于手掌的壓力。這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)，帶上一只螞蟻都無法脫離地球的重力場(chǎng)。但它們?cè)谔罩械谋憩F(xiàn)能夠彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。優(yōu)越的比沖量，也就是能用更少的燃料提供更多的動(dòng)力，使它最終能把傳統(tǒng)的化學(xué)火箭遠(yuǎn)遠(yuǎn)拋在身后。
正是這一原因，使等離子發(fā)動(dòng)機(jī)成為航天界新的寵兒。等離子發(fā)動(dòng)機(jī)中的新秀等離子體火箭被美國(guó)航空航天研究所（AIAA）列為2009年十大航天新興項(xiàng)目。NASA的新任掌門人查爾斯?博爾登（Charles Bolden）也非�？春玫入x子體火箭，NASA向Astra 火箭公司提供經(jīng)費(fèi)，希望他們能夠完成自己的承諾——讓等離子體火箭在2012年或2013年能夠安裝到國(guó)際空間站上進(jìn)行點(diǎn)火測(cè)試。（中國(guó)網(wǎng)）
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