太空黑科技——微型射频离子发动机首次飞行验
2019 年 8 月 31 日，中国科学院在中国酒泉卫星发射中心发射了一颗名为“太极一号”的卫星，这是中国首颗空间引力波探测技术实验卫星，主要任务是实现关键技术的验证 ， 为 实现空间引力波探测 打下基础。
备受诺奖青睐，要发现它却很难
一个世纪前， 爱因斯坦基于广义相对论就预言了 引力波的存在。然而 直到2015 年，美国激光干涉引力波天文台（ LIGO ） 才 在地面探测到了引力波信号。 三位美国科学家Rainer Weiss 、Barry C. Barish 和Kip S. Thorne 也因此 获得了2017 年的诺贝尔物理学奖。
不仅如此， 国际上普遍认为， 如果有人能在空间探测到引力波，获得更多频段的引力波信号，同样能获得诺贝尔级奖章。
发现它就能拿诺奖，探测引力波为什么这么难？
引力波是物质和能量剧烈运动和变化引发的时空涟漪，它在传播过程中挤压或者拉伸时空，就像水面泛起的涟漪一般，以光速向外传播。
太空中引力波信号十分微弱，目前最好的方法就是利用光学手段，通过探测两个相距上百万公里的自由漂浮物体之间的距离变化来 捕获引力波。
说起来简单，但 这一技术的实现难度超乎人们想象，堪称挑战人类目前所掌握的技术极限。
早在2008 年，由中科院发起，院内外多家单位参与，以中国科学院力学研究所胡文瑞院士为召集人成立空间引力波探测论证组，开始规划我国空间引力波探测在未来数十年内的发展路线图。2016 年，中科院启动了空间引力波探测计划——太极计划。2018 年，中科院“太极计划”先行者——“太极一号”任务立项，太极计划成员自此进入紧张的型号任务研制阶段。
考虑到引力波探测的难度， 太极计划分多步进行。“太极一号”任务是第一步，主要是在轨验证空间引力波探测的关键技术，包括高精度超稳激光干涉仪、引力参考惯性传感器、超稳超静平台、无拖曳控制和微牛级推进系统。 其中的每一项技术都十分复杂，而且非常重要。
众所周知，火箭的发射、宇宙飞船和卫星在太空中的运行都离不开 发动机（发动机即推力器）。 在太空中，光压、宇宙射线辐射等作用在航天器上的微牛级非保守力 ， 都会影响 卫星的超稳状态， 因 此需要开发微牛级推进系统以抵消非保守力对卫星平台的影响。射频离子发动机，就是其中之一，同时，它也 是世界上最先进的卫星发动机之一。
图1 航天器“新武器”——射频离子发动机工作原理
图片来源 ： 中国科学院力学研究所
航天推进系统中的“新武器”
射频离子发动机，顾名思义，是靠吸收射频能量（也就是频率为300 kHz – 300 GHz 的交流电）来维持其等离子体自持放电并产生推力的装置。
“等离子体”是我们所熟知的自然界物质的第四物态（气态、固态、液态和等离子体态），在生活中随处可见，如荧光灯、霓虹灯、氙灯和闪电等。简单来说就是电离了的“气体”，由离子、电子以及未电离的中性粒子组成，整体呈电中性，但具有导电特性。
而射频离子发动机就是将等离子体中带正电荷的离子通过高压电场引出并加速，以几十公里每秒的速度喷射出去。由牛顿第三定律可知，高速喷射的离子将产生反向推力，从而推动卫星前进。
当发动机喷射离子时，还需要一个能够喷射电子的装置（中和器）用以中和喷射出去的离子，否则会使航天器带电，危及航天器的安全。
人员虽少，依然砥砺前行
中国科学院力学研究所微型离子发动机产品研发团队历经五年的时间，对射频离子发动机系统的工作原理进行了深入的研究，从最初的射频电路阻抗匹配、射频感应耦合放电，到最终射频离子发动机可以稳定工作，部件的每一个细节都经过仔细
文章来源：《飞行力学》 网址: http://www.fxlxzz.cn/zonghexinwen/2021/0818/539.html