本文来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”，由国家能源局向本网供稿。请广大网民参考。

    美国佐治亚州理工学院最近获得650万美元的资助，用于研制提高电力推进系统效率的部件，以控制人造卫星和行星探测器的位置。

研究人员重点通过改良霍耳推进器装置的阴极，以减少商业人造卫星、政府人造卫星和军事人造卫星中推进器的耗损，让它们在轨道的停留时间更长、发射更小或更便宜的火箭、或携带较大负荷。受美国国防部高级研究计划署（DARPA）国防科学处的资助，该项目为期18个月，目的是证实霍耳效应推进器低阴极的使用效果。

佐治亚州理工学院航空和航天工程系的助理教授，同时也是该项目首席观察员Mitchell Walker表示：利用电力推进系统进入太空的人造卫星推进器中，10%在空心阴极中白白浪费了。采用场发射代替空心阴极的办法，不用浪费推进器就能牵引碳纳米管制的阴极电子。在既定推动力下，这种通过高效采用有限推进器的方法将延长这种交通工具的使用寿命。

人造卫星为了维持它们在空间的位置或自我调整，就必须使用一些小的、采用化学方法或电力推动的推进器。其中，电力推进器采用电子电离氙等惰性气体，同时将产生的离子气排出装置外以产生推力。

在现有的霍耳效应推进器中，某个高温阴极会产生电子。一部分推进器—10%被人造卫星携带的限制供应的推进器在传统的空心阴极中被作为工作流体。受DARPA资助的这项研究将用由一束多层碳纳米管制成的场阴极排列取代空心阴极。这种场阴极受人造卫星上的电池或光伏系统的动力驱使，可在低动力下运行，在不消耗推进器的条件下产生电子。

佐治亚州理工学院的Walker和合作者已经研制了基于碳纳米管的场效应阴极。，其余资金将用来支持改进碳纳米管冷阴极等装置，预计最早将于2015年进行该研究的空间测试。

佐治亚州理工学院的资深工程师，同时也是Walker合作者的Jud Ready表示：这项工作主要依靠我们是否有能力培育出所需要的、严格尺寸下的碳纳米管列。这项工作可以强化我们在培育良好纳米管阵列和增强场发射性能方面的能力。

采用碳纳米管阴极阵列，不但可减少推进器的消耗，还改进推进器阴极更换的可靠性。Ready表示：现有的阴极对污染相当敏感，易受推进器电离排放的损坏，长期的高温运行也使它们寿命有限；但碳纳米管阴极排列在霍耳效应推进器的周围提供了一个分布式阴极排列，即便其中一个阴极损坏了，还能继续运行。

在碳纳米管阴极能够被用于人造卫星上之前，它们的寿命必须提高到足以匹配人造卫星推进器的使用寿命，大约是2000小时或更长。该装置也必须承受空间发射、快速开关、持续运行、经历空间环境生存掠夺时产生的机械应力。

另一个研究重点是研制用于保护碳纳米管免受空间环境破坏的特殊涂层材料；为此，Walker和Ready正在和耶鲁大学化学工程系的Lisa Pfefferle进行合作。

目前，研究人员在美国空军TacSat2号卫星上用相同的霍耳效应推进器测试他们的阴极。此外，该阴极将用Pratt & Whitney研制的霍耳效应推进器进行运行。

这种对排列中个体阴极控制的能力将提供一种无线电导引推力以替代当前用的机械平衡环的新方法。(魏凤  编译)