氙气太贵？碘动力航天器完成在轨测试

　　NPT30-I2点火
　　2021年11月18日，权威科学杂志Nature发表的In-orbit demonstration of an iodine electric propulsion system（一种碘工质电推进系统的在轨验证）中指出，在电推进系统中使用碘，相较于价格昂贵，难以储存的氙气，或能提升航天器的性能。研究结果凸显出碘作为航天替代推进剂的优势。
　　本项研究中的碘推进指的是法国商业航天公司ThrustMe研制的NPT30-I2碘工质电推进系统，首次为小型卫星（20kg的立方星）提供动力，并成功完成在轨测试。
　　NPT30-I2安装在卫星上
　　2020年11月6日，NPT30-12碘工质电推进系统搭载在天仪研究院与北京航空航天大学合作研制的北航空事卫星上发射至位于480km高度的轨道上，截至2021年2月28日，研究小组在一系列小型试验中成功操作电推进工作11次。
　　测试原理为加热固态碘使其升华成气体，然后高速电子的轰击使其变成碘离子与自由电子，接着带正电的碘离子被加速至排气口排出，成功推动目标向前飞。
　　研究显示，碘不仅是一种可行的推进剂，还能实现比氙气更高效的电离化。此前，碘在地面测试中已经能达到比氙气更高的效率，但尚未报道过完全使用碘电推进系统的航天器完成在轨运行。
　　NPT30-12原理图
　　电推进系统通过电力将推进剂转化为推力。氙气存在稀少、需要专用加压设备才能存储以及商业生产成本高的问题。为保证航天业的长期可持续发展，有必要寻找一种替代推进剂。
　　一个可能的替代选择就是碘，碘相对氙气价格低廉、产量丰富，而且可以固态储存。碘在标准情况下以带光泽的紫黑色固体状态存在，但只要在较低压力下加热碘，它就会直接从固体升华为气体，这使得碘成为电推力器完美的高效燃料。
　　小型卫星面临的挑战是，与携带推力器和燃料的大型卫星相比，它们受到高层大气的影响更大。与传统推进剂相比，碘的价格更低，所需技术也更简单。
　　另一个重要的好处是，碘是无毒的，在常温常压下是固态的，因此在地球上处理起来更容易、更便宜。由于碘的密度比传统的推进剂大，所以在卫星上占用的体积也较小。在小型卫星上，空间是很宝贵的，这也是一个关键的特点。
　　航天推进器
　　碘推进仍存在一些需要解决的问题。例如，碘与大多数金属会发生反应，因此不得不使用陶瓷和聚合物来保护推进系统的部件。此外，固体碘大约需要10分钟才能转化为等离子体，因此，当航天器需要紧急制动以避免发生在轨碰撞时，碘推进可能无法及时提供推进剂。
　　研究人员指出，在轨成功测试或加快航天业对替代推进剂的接纳，同时也展现出碘在大量航天任务中的应用潜力。比如，碘能显著推进系统的小型化和简化，从而得到具有新能力的小型卫星和卫星星座，用于部署、碰撞规避和报废处置。
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