自從1972年NASA結束了阿波羅登月計畫之後,三十年來世界各國進行了各式各樣的太空計畫,卻少有太空任務再注意我們唯一的天然衛星,既使科學家對她的來歷 ,以及她對地球生命出現與演化方面的影響等等,仍不清楚。如今,ESA(歐洲太空總署)的第一艘月球探測船SMART-1,即將於2003年9月28日發射,希望能針對這些謎團,提供更有力的線索。

SMART-1是ESA在工業技術方面進行學術研究的一系列小型太空任務(Small Missions for Advanced Research in Technology)中的第一艘太空船。它的主要任務,是測試『太陽能發電推進技術』(solar-electric propulsion technology),也就是將太陽能轉換成電力,再將氣體電離分解,利用離子來推動火箭前進這項技術的實用性。其次,是利用船上的X射線與紅外光探測儀器,描繪月球表面的3-D影像。另外它也計畫要探測月球背面的南極區域,並確認水冰的存在與否等多項任務。

離子火箭是種介於科幻小說與科技現實兩種極端現象中的科技技術,由離子引擎所推動,而離子引擎的概念,至少可回溯至1959年。1964年,就已有兩個離子引擎被美國的SERT 1人造衛星所測試,結果一個成功,一個失敗。離子火箭的概念,其實只是簡單的物理現象:慣性作用。當我們將氣體電離,會得到帶正電的氣體離子及帶負電的電子。當氣體離子通過電場或是成團被侷限在引擎後方,進而從引擎後方離開時,慣性作用就會將火箭往前推進。由於太空接近真空,離子引擎噴出這些推進氣體的速度將遠大於依靠化學作用的火箭,其效能甚至可達十倍以上,也使許多人認為離子火箭的應用將有助於提升星際旅行的可行性。然而離子火箭的推力相當薄弱,太空人根本無法利用這樣的火箭將太空船推離行星表面,而且需要一段很長的距離來加速,才能達到一定的速度。因此唯有在太空中,而且不需要瞬間加速的情況下,離子火箭才能發揮它的作用。例如在太空中要精準的將太空船結合或對準某個目標,就很適合運用離子火箭。

此外,離子火箭發展的潛力,在於『太陽能發電推進技術』。由於離子火箭中的離子是由電子槍所加速,能量愈強,速度愈快,離子火箭的推進力也愈大。電子槍的能量如果來自太陽能板,雖然能量比較小,大概只有幾千瓦,卻可以持續不斷的運作幾個月,甚至是好幾年,只要還照得到陽光,同時擁有足夠的氣體。因此利用『太陽能發電推進技術』所得到的瞬間推力雖然遠不如化學火箭,卻是長途旅行的最佳選擇。

第一艘主要利用離子火箭作為推進器的太空船是1998及2001年NASA的深太空一號(Deep Space 1),而SMART-1雖然是第二艘,卻是第一個利用這樣的技術來接近天體的太空船。如果『太陽能發電推進技術』測試成功,將會有一系列的太空船利用這個技術,例如計畫要探測重力波的LISA。同時離子火箭的應用也會日漸頻繁,就像科幻小說所寫的情況一樣。

參考資料
http://www.tam.gov.tw/news/2003/200308/03080201.htm


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