太空探测车新概念利用月球的自然电荷制造月球悬浮漫游车

　　或许在未来一天，悬浮的飞行器可能会进行探索月球、小行星和其他没有空气的行星表面。因为麻省理工学院（MIT）的航空航天工程师正在测试一种新概念的悬停漫游车，它将利用月球的自然电荷进行悬浮。
　　图片来源：麻省理工学院
　　由于缺乏大气层，月球和其他没有空气的天体（如小行星）可以通过直接接触太阳和周围的等离子体来建立电场。在月球上，这种表面电荷很强，足以使尘埃悬浮在离地面1米以上的地方，就像静电会使人的头发竖立一样。  月球车悬浮概念
　　据悉；美国宇航局和其他地方的工程师最近提议利用这种自然表面电荷使滑翔机实现悬浮。滑翔机的机翼将由聚酯薄膜制成，聚酯薄膜是一种与无空气物体表面电荷相同的材料。据他们推断，类似带电的表面应该相互排斥，其作用力使滑翔机离开地面。但这样的设计可能仅限于小型小行星，因为较大的行星体具有更强的反引力。
　　但麻省理工学院团队的悬浮漫游车有可能绕过这一尺寸限制。这一概念类似于一个复古风格的圆盘状飞碟，它使用微小的离子束既给飞行器充电，又增强其表面的自然电荷。总体效果设计为在车辆和地面之间产生相对较大的斥力，所需功率也将非常小。在一项初步可行性研究中，研究人员表明：这样的离子助推应该足够强大，可以使一个2磅重的小型飞行器在月球这样的大型小行星上悬浮。
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　　麻省理工学院航空航天系的研究生、主要作者奥利弗·贾理查兹（Oliver Jia Richards）表示：＂我们认为可以像日本航天局发射的Hayabusa任务一样使用这种方法。＂。＂该航天器围绕一颗小行星运行，并在其表面部署了小型漫游者。同样，我们认为未来的任务可能会派出小型徘徊漫游者探索月球和其他小行星的表面。＂离子力
　　该团队的悬浮设计依赖于微型离子推进器的使用，称为＂离子液体离子源＂。这些小的、微加工的喷嘴连接到一个含有室温熔盐形式的离子液体的储液罐。当施加电压时，液体的离子被充电，并以一定的力通过喷嘴以光束的形式发射出去。
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　　洛扎诺的团队率先开发了离子推进器，主要用于推动和实际操纵太空中的小型卫星。近日，洛扎诺看到了一项研究，显示了月球带电表面对月球尘埃的悬浮效应。他还考虑了美国宇航局的静电滑翔机设计，安装了离子推进器的漫游者能否产生足够的排斥力和静电力，从而在月球和更大的小行星上盘旋？
　　为了验证这一想法，该团队最初模拟了一个小型的圆盘状探测器，带有离子推进器，可以单独为飞行器充电。他们对推进器进行了建模，以将带负电荷的离子从飞行器中射出，从而有效地使飞行器带正电荷，类似于月球带正电荷的表面。然而，他们发现这还不足以使车辆离开地面。
　　这项设计使用微小的离子束给车辆和下面的表面充电，所需功率很小。图片来源：麻省理工学院
　　专家贾理查兹表示：＂然后我们想，如果我们把自己的电荷转移到表面来补充它的自然电荷会怎么样？＂通过将额外的推进器指向地面并发射出正离子以放大表面电荷，研究小组推断，这种推力可以对月球车产生更大的作用力，足以使其悬浮在地面上。他们还为这个场景建立了一个简单的数学模型，并发现原则上它是可行的。
　　根据这一简单的模型，研究小组预测，一辆重量约为2磅的小型漫游车，使用10千伏的离子源，可以在像月球这样的大型小行星上实现离地面约1厘米的悬浮。为了在月球上获得类似的发射，同一辆月球车需要50千伏的电源。
　　洛扎诺解释表示：＂这种离子设计使用很少的电力来产生大量的电压，所需的功率非常小。＂ 悬浮实验
　　为了确保该模型代表了在太空真实环境中可能发生的情况，他们在Lozano的实验室中运行了一个简单的场景。研究人员制造了一个重量约60克、大小约为人手掌大小的六边形小型试验车。他们安装了一个朝上的离子推进器和四个朝下的离子推进器，然后用两个弹簧将飞行器悬挂在铝表面上，弹簧经过校准以抵消地球引力。整个装置被放置在一个真空室内，以模拟月球和小行星的无空气环境。
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　　研究人员还将一根钨棒悬挂在实验弹簧上，并用它的位移来测量推进器每次点火时产生的力。他们向推进器施加各种电压，并测量产生的力，然后用这些力计算车辆单独悬浮的高度。他们发现，这些实验结果与他们的模型中相同情景的预测相吻合，这使他们相信，他们对漫游者在普赛克和月球上盘旋的预测是真实的。
　　目前的模型旨在预测实现悬浮所需的条件，对于一辆2磅重的车辆来说，悬浮刚好离地面1厘米左右。离子推进器可以产生更大的电压和更大的力量，将车辆抬离地面更高。但是贾理查兹表示：＂原则上，通过更好的建模，我们可以悬浮到更高的高度。＂这个模型需要修改，因为它没有考虑到发射的离子在更高海拔地区的行为。
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　　在这种情况下，洛扎诺表示：未来的月球和小行星任务可以部署探测器，使用离子推进器在未知、不平坦的地形上安全盘旋和机动。也不必担心车轮或运动部件，小行星的地形可能是完全不平坦的，只要有一个可控制的机制使你的漫游者保持漂浮，那么就可以在非常崎岖、未经探测的地形上行走，而不必躲避小行星。目前，这项研究还得到了NASA的部分支持。
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