迷你超小卫星，或将开启太空探索的新纪元！美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)正在建造的一颗微型卫星，可能为太空探索开辟新的天地。普林斯顿大学正在制造一种被称为立方卫星(CubeSat)的装置，作为一个小型火箭推进器的试验台。该推进器由PPPL物理学家叶夫根尼·雷茨(Yevgeny Raitses)领导开发，有望提高立方体卫星任务的灵活性，其中1000多个已经由世界各地大学、研究中心和商业机构发射。
数以百计的微型立方体卫星
这种由等离子体提供动力的推进装置可以提高和降低环绕地球立方体卫星的轨道，这一能力在今天的小型航天器中还没有广泛的应用，并具有探索深太空的潜力。本质上，将能够在许多任务中使用这些微型推进器。举个例子：PPPL磁重联实验(MRX)的首席研究员，物理学家Masaaki Yamada设想了数百个这样的微型立方体卫星，该实验研究的是磁重联——等离子体中磁力线的分离和爆炸断裂。
这些磁力线会触发极光、太阳耀斑和地磁风暴，从而破坏地球上的手机服务和电网。这样的立方体卫星舰队可以捕捉到磁层(环绕地球的磁场)重新连接过程的细节。这种小型化的发动机缩小了一个圆柱形推力器尺寸，该推力器具有高体积到表面的几何形状，是由PPPL霍尔推力器实验(HTX)开发。这个实验研究了等离子体（由自由漂浮电子和原子核或离子组成的物质状态）用于太空推进。
关键优势
小型化圆柱形霍尔推进器的一个关键优势是，它能够产生比目前大多数环绕地球运行的立方体卫星使用等离子体推进器更高的火箭推力密度。小型化推进器既能提高密度，又能产生高比冲，比冲是火箭燃烧燃料效率的技术术语，比通常用于小型卫星的化学火箭和冷气体推进器所产生燃料效率高许多倍。高比冲推力器使用更少的燃料，可以延长卫星的任务，使它们更划算。同样重要的是，高比冲可以产生足够大的卫星动量增加，使航天器能够改变轨道，这是目前绕地球运行立方体卫星所不具备的特性。
高推力密度将使卫星能够在合理的时间内，完成复杂的燃料优化轨道。这些功能提供了许多好处。例如，立方体卫星可能会下降到较低的轨道，以跟踪飓风或监测海岸线的变化，然后返回到较高的轨道，在那里卫星的阻力较弱，需要更少的燃料推进。这个大约一英尺长的立方体卫星，普林斯顿大学称它为“老虎卫星”，由三个垂直堆叠在一起的近四英寸铝立方体组成。传感器、电池、无线电设备和其他仪器将填满立方体卫星，在两端安装一个直径大致相当于两个微型推进器，当卫星经过地球赤道时，推进器会点火改变轨道。
机械和航天工程专业
建造立方体卫星的是普林斯顿大学机械和航天工程系大约10名研究生和本科生，丹尼尔·马洛(Daniel Marlow)是1911年埃文斯·克劳福德(Evans Crawford)物理学教授，担任教员顾问。本科生包括安德鲁·雷德(Andrew Redd)和赛斯·弗里曼(Seth Freeman)，雷德负责立方体卫星的设计和建造。从事推进器开发的是雅各布·西蒙兹(Jacob Simmonds)，他是一名三年级的工程学研究生，这个项目最初是Yamada的立方体卫星原型，现在已经发展成为等离子体推进器试验台。
PPPL还在建设一个测试设施，旨在模拟立方体卫星运行的关键方面，大学生们利用自己的时间建造卫星和这个设施。西蒙兹在研究推进器的同时，正在为美国宇航局立方卫星发射计划起草一份提案，该计划将于11月实施。这项旨在促进公私技术合作和低成本技术开发计划所选择的项目，其发射成本涵盖了商用和NASA的运载火箭，计划要求在2021年秋季发射一颗这样的迷你超小卫星。
博科园｜研究/来自：普林斯顿等离子体物理实验室
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