太阳能电力推进系统才是高效火星之旅所需要的

到达火星有很多不同的方式，但总有权衡。化学推进被证明是最受欢迎的，可以迅速将航天器送到这颗红色星球。但它们带来了高昂的燃料成本，从而增加了任务的总体成本。替代推进技术已经在几个深空应用中获得了吸引力。现在，来自西班牙的一个科学家团队已经初步研究了在探测器离开地球后，完全使用电力推进将探测器送上火星所需的条件。

与化学火箭相比，电力推进系统有几个优点。虽然它们永远无法按比例放大到足以将任何重物送入轨道，但一旦进入太空，它们就能非常有效地将有效载荷移动到需要去的地方。典型的化学火箭需要70-90%的发射质量作为燃料，而电力推进系统只需要10-40%的发射质量作为燃料就可以了。

需要权衡的是推力。电力推进系统的推力通常比化学火箭至少小4个数量级。与此同时，在太空中，它的重大影响是电力推进系统要慢得多。但对于无人值守的任务来说，这可能不是一个太大的担忧。

到目前为止，还没有人花时间考虑用电力驱动的火星任务，和用化学推进的火星任务会有多大的区别。最接近的研究是为访问火星的卫星 （火卫一和火卫二）而制定的一项完全依靠电力推进的研究。在那项研究中，研究人员发现，化学推进方案所需的质量是电力推进方案的2.5倍。这将大大减少特派团的总费用。

在这项新研究中，研究人员将重点放在一个轨道上，该轨道将把一个2000公斤的航天器送入火星周围300公里到1000公里的极地轨道。2000公斤的重量限制被选为一个包，其中可以包含与欧空局研制的ExoMars轨道飞行器等效的科学包。

在这些任务限制下，研究人员考虑了几种不同类型的电力推进系统。他们提出了一个额外的要求 —— 它必须在许多电力推进系统的上推力范围内运行。1牛顿的推力是成功进入绕火星轨道所需的最小推力。

这一限制导致选择 BHT-6000 作为任务的主要推进系统。这是一个霍尔效应推进器，功率在2到6千瓦之间，可以使用相对常见的电力推进剂，如氙和氪。有了这些推进器的选择，是时候开始每个天体动力学家最喜欢的活动了 —— 建模。

研究人员使用了一个多体模型来绘制出他们选择的轨迹的引力影响。然后，他们用标准化学推进剂和BHT-6000进行了一次任务模拟。他们的发现似乎与人们对电力推进优势的普遍预期相符。

就速度而言，化学火箭更快，但也不是特别快。化学火箭可以在不到一年的时间内完成这一旅程，而BHT-6000动力的任务从发射开始大约需要3.2年。然而，化学推进系统的重量将是电力推进系统的2.4倍。即使以相对保守的每公斤1万美元的发射成本计算，这也将使电力推进系统比化学推进系统节省近3000万美元的成本。所有这些都是以几年的旅行时间为代价的，以使任务进入空间站。

由于预算有限，这是许多太空探索机构愿意付出的代价。但是，到目前为止，这只是一个模型，因为还没有计划中的深空任务使用这种电力推进方法作为其主要推进系统，尽管一些深空任务已经这样做了，比如Hayabusa-2。然而，随着技术的进步，未来的深空任务，特别是无人驾驶任务，将越来越有可能前往火星。

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