澳洲博士生打破 NASA 紀錄,製造全球最高效率火箭引擎

(圖:NASA)

帕迪·內曼(Patrick Neumann)博士在悉尼大學就讀大三時,開始了一項實驗,沒想到這項實驗在多年後竟協助他打破美國太空總署(NASA)的紀錄,製造全球比衝最高的火箭引擎。

內曼的畢業研究項目主要研究等離子體放電。當他在測繪放電機器周圍的電荷和磁力時,他發現粒子的運動速度竟出奇地快,達 23 公里的秒速,對比下來,傳統氫氧動力火箭只能達到 4.5 公里的秒速:「我看了一下數據後想到,也許我能利用它製造一枚火箭。」

打破世界紀錄

內曼在他的學士、碩士和博士學位期間,完善了他的構想,最後製造了內曼推進器(Neumann Drive),打破世界紀錄。這個離子引擎可達到超過 11,000 秒的比衝,達到前所未見的火箭引擎效率。內曼解釋,比衝數值越高,引擎效率越高,相比之下,NASA 的紀錄是 9,600 秒比衝,效率比他的引擎低 13%。

火箭進行太空飛航時需要大量推力,而這種推力來自於火箭後部噴出的推進劑。內曼驅動器因比衝值高,所以能使用更少的燃料推動火箭,使火箭變得更輕,能運用更多空間運載貨物。

內曼說:「這科技一直被工業界使用,卻沒有人瘋狂到讓它通過如此高的電流。」簡單來講,這個引擎利用電力來加熱固體金屬,轉化成等離子體,從火箭尾部射出,提供推力。內曼推進器的測試表明鎂是目前最高效的燃料。

內曼博士 (圖:Neumann Space)
內曼博士 (圖:Neumann Space)

就地取材

內曼離子引擎的另一個獨特之處在於它不需要從地球裝載所有燃料,而可以利用存在於太空中的一種燃料:太空垃圾運作。內曼說:「就像人類探索許多新地方時一樣,比如在珠穆朗瑪峰上留下氧氣罐,每當我們前往太空,我們總會在太空中留下垃圾。」廢棄的衛星,和火箭升空時所丟棄的推進器,都富含「太空金屬」,可以被收集、熔解、成為內曼推進器的固體燃料。

能在外太空熔解金屬、化為燃料,這顯然還需要很多技術突破才能成功,但是內曼預想這或能改變未來太空的經濟;他推測,未來將會出現專職的「垃圾獵人」,前往太空尋找可獲利的燃料,甚至開採離地球太近的小行星尋找貴金屬做燃料。屆時,整個太空將到處都是內曼推進器。

推進器將於兩年後在太空進行測試(圖:NASA)
推進器將於兩年後在太空進行測試(圖:NASA)

太空飛航

除了燃料優勝外,內曼推進器的高效率亦意味它能進行遠距離的太空飛航。雖然這個引擎不足以提供足夠推力使火箭升空,但一旦抵達太空,它的高比衝值可讓它以極高效率驅動火箭,不需補充燃料來回往返火星。

目前內曼已獲准在國際太空站測試他的推進器,如期在 2018 年發射,一切順利的話推進器將會在太空停留一年,在真實條件下進行測試。

王瑾瑜
王瑾瑜 81 文章
明日科學見習編輯,科大生化系畢業,現於美國攻讀博士學位。熱愛科幻小說,希望能將最新最前沿的生物醫學科技新聞傳達給大家。