无推进剂航天器技术如何助力人类探索星辰
##
一枚联盟FG火箭从拜科努尔航天发射场的加加林启动台（15号发射工位）发射。
图片来源：比尔英戈尔斯
未来的航天器或许可以通过从行星、阳光和太阳风中获取动量而非使用机载燃料来飞得更远。
每一种传统火箭都面临着同样的问题：它必须携带用于推进自身的物质。
自从康斯坦丁齐奥尔科夫斯基提出火箭方程以来，航天器一直通过燃烧燃料并向后喷射来依据牛顿第三定律向前运动。
但是添加推进剂也会增加重量，这就需要更多燃料来加速更重的飞行器。
这种复合负担对任务造成了严重限制，使得星际旅行显得异常困难。
如果航天器可以不携带推进剂就能移动呢？
一篇全面的综述通过研究太空飞行的无推进剂推进技术来探索这种可能性。
这些方法不依赖化学燃烧，而是从太空中已存在的力中获取能量或动量，有可能支持传统火箭无法完成的任务。
旅行者号探测器成功利用引力助推探测外行星。
图片来源：美国国家航空航天局喷气推进实验室
重力助推以燃料换取时间
引力弹弓是最成熟的无推进剂方法，几十年来一直用于引导航天器。
工程师会在精心选择的时间和角度让航天器掠过行星，使其获取行星轨道动量的微小份额，无需燃烧燃料即可加速。
旅行者号曾利用这一策略抵达所有四颗外行星。
它的主要限制在于时机：所需行星必须正确排列，因此发射机会并不常见，且可行路线也受到限制。
太阳帆利用阳光和太阳风
太阳帆通过利用太阳光的辐射压力提供更持续、更便捷的推进力。
这些巨大的薄膜通过反射光子产生推力，无需燃料就能缓慢但持续地加速。
日本的IKAROS探测器曾成功演示了这项技术，仅依靠阳光就抵达了金星。
不过，太阳帆需要使用巨大、轻薄如翼的材料，这些材料必须能在恶劣的太空环境中存活多年，而且其性能会随着与太阳距离的增加而大幅下降。
伊卡洛斯，展示了太阳帆的日本卫星。
图片来源：日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）
磁帆采用不同的方法，利用超导线圈产生强磁场来偏转太阳风——这是一种从太阳持续流出的带电粒子流。
通过推动这种等离子体，磁帆无需消耗推进剂就能产生推力。
它们可能比太阳帆提供更好的加速度，而且不会像反射膜那样随时间退化。
问题是什么呢？产生所需磁场需要巨大的超导线圈，半径可能达50公里，且需在低温下维持。
目前，建造和部署这类结构的技术尚不存在。
电帆是一种较新的变体，它使用带电系绳而非磁场来排斥太阳风质子。
这些系统有望使航天器比磁帆更轻，不过它们也依赖于部署极长的轻质导线，并且需要大量电力来维持所需电荷。
每种方法都有其取舍
每种无推进剂方法都有独特优势，同时面临不同的工程挑战。
引力助推目前可行，但需要精确的行星排列。
太阳帆能提供稳定推力，但需要大型且脆弱的结构。
磁帆和电帆可避免材料降解，但所需技术仍在研发中。
该综述明确指出，没有单一方法能解决所有挑战，但这些方法结合起来可能从根本上改变我们探索太阳系及更遥远宇宙的方式。
对于真正雄心勃勃的星际空间任务而言，不携带推进剂可能不仅是有利的，而且可能是绝对必要的。
10.1016《航天学报》.最新
改编自最初发表于《今日宇宙》的一篇文章。
相关知识
星辰是夜空中闪烁的天体总称，包含遥远的恒星、绕恒星运转的行星、卫星等。
恒星自身发光，星光穿越光年抵达地球；行星反射恒星光芒，如金星的明亮。
古今人类仰望星辰，既用它导航辨向，也赋予其浪漫想象，比如牛郎织女星的传说，星辰是宇宙写给地球的诗意注脚，承载着人类对浩瀚太空的好奇与向往。
BY: Mark Thompson, Universe Today
FY: AI
如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除
马斯克造芯片，比把星舰送上火星还难？
据报道，在接受《韩国经济日报》采访时，业内人士直言马斯克的Terafab晶圆厂项目难度可能比把星舰送上火星还大。在半导体制造行业干了几十年的从业者看来，百亿资金能建起最先进的厂房、买来最顶级的设备，却换不来稳定的高良率和成熟的工艺体系，这正是Terafab目前遇到的最大难题。
在接连落地电动车、星链、火箭甚至AI大模型之后，马斯克又把目标对准了半导体制造。
今年3月，马斯克宣布在得州建设 Terafab 超级晶圆厂，计划打造年产1太瓦算力的半导体生产体系，覆盖自动驾驶、人形机器人、太空计算、AI 数据中心四大场景。
这场耗资百亿美元的项目，由特斯拉、X、xAI 三家联手打造，除了要为马斯克自家补上芯片供应短板以外，也有人将其看作是对全球半导体制造产业的一次试探。
按照计划，该项目建在得州一座退役燃煤电厂的旧址上，首期投资 168 亿美元，规划占地超过 1 亿平方英尺，相当于 1400 个标准足球场，远期总投资可能高达 1190 亿美元。
如果一切顺利，这座晶圆厂将在2027-2029年之间完成产能落地并实现规模化量产，最终建成覆盖芯片设计、光刻制造、存储封装、验证的全流程体系。
目前，特斯拉的自动驾驶、Optimus人形机器人、SpaceX的太空AI计算以及xAI 的大模型训练，都需要海量专用高端芯片。
如果长期依赖台积电、三星代工，既要承担产能被挤占的风险，也没法适配自家定制的算力需求。
所以马斯克想通过 Terafab建起一条专属的芯片供应链，这样才把算力握在自己手里。
项目怎么合作，业内此前猜了不少。
此前有传闻台积电会深度参与，但马斯克已经明确辟谣称，Terafab由特斯拉和 SpaceX 全权负责建设和运营，台积电最多只会洽谈厂区和产能租赁合作，不参与运营决策，也不持股。
当然，台积电自身的排期也相当紧张，英伟达与苹果已经占用了大部分先进制程产能，AMD、高通、联发科以及一众云厂商自研都需要依赖台积电代工。
相比之下，英特尔的14A 先进制程正好对上 Terafab 的量产节奏。
这款 1.4nm 级工艺搭载 High-NA EUV 光刻、背面供电等前沿技术，将是 Terafab 初期逻辑芯片量产的主力方案。
另外选美国本土厂商合作还能避开地缘供应链风险，航天和AI这两块主业也更有保障。
英特尔这边也需要一个重量级客户来验证14A工艺，愿意为项目倾斜技术资源，两边各取所需。
另外，马斯克在光刻路线上选择为 Terafab 押注自由电子激光（FEL）技术，公开宣称 FEL 必胜，试图绕开L的传统 LPP-EUV 光刻方案。
原理上，该方案是用粒子加速器产生高速电子束，生成波长可调谐的 EUV 光源，污染小、能耗只有传统方案的五分之一左右，还能适应未来更先进的制程。
更重要的是，FEL 可以做成集中式光源枢纽，给全厂几十台光刻机统一供光，成本也比单独买一台EUV光刻机低得多。
不过目前FEL技术只应用在科研领域，想要短时间内突破ASML 深耕数十年积累的技术生态，难度可想而知。
一名熟悉台积电内部情况的人士指出，建设一座晶圆厂本身并不是困难的事情，真正的挑战在于如何持续生产出质量稳定、良率足够高的芯片。
先进制程包含光刻、沉积、刻蚀、清洗等数百道工序，任何一道出点微小偏差、设备一波动，芯片就会失效。
三星相关人士说得直接，稳定的高良率工艺体系至少需要 30 年经验积累，就算采购顶级设备、搭起标准化厂房，也没法短期复刻这份积淀。
在新制程量产初期许多步骤都要靠长期试错，批次间的良品率波动是常态。
即便有英特尔工艺加持，不同厂房的设备适配、流程差异、人员体系也得重新磨合，这不是单靠复制一条产线就能解决，更不要说把芯片设计、制造、存储、封装全流程集中落地。
这种整合虽然能提升效率，但也让项目整体难度上了一个台阶。
结语 马斯克喜欢画饼，这早已不是什么秘密，所以Terafab对于各家公司股价的影响可能更现实一点。
对英特尔来说，这是 IDM 2.0 战略里关键的一步，有机会摆脱有技术没客户的困境，挤进先进制程代工的第一梯队。
对整个半导体行业来说，有新科技巨头投身芯片制造本身就很有话题度 作为竞争对手的谷歌、亚马逊、微软都在加快布局自有芯片产能。
无论最后成不成，Terafab 都已经搅动了全球先进半导体制造的竞争格局，让这波全球算力自主化浪潮推向了新高度。
氧化诱导时间与氧化诱导温度测定：测试方法、标准与曲线判读
氧化诱导时间与氧化诱导温度是评价高分子材料热氧稳定性的两项核心指标，借助差示扫描量热法测定。本文围绕两者的定义、适用材料范围、样品制备、等温与动态试验流程、仪器构成、方法标准及曲线判读要点逐项说明。
对聚烯烃管道、电缆料等产品的过程控制与进场验收而言，这两项数据是判断抗氧体系是否失效的直接依据。
氧化诱导时间与氧化诱导温度的定义 氧化诱导时间（OIT）指材料在规定温度的氧气气氛中，从计时起点到开始发生放热氧化所经历的时间，以分钟计，采用等温方式测定。
诱导期内抗氧剂不断清除自由基并消耗氧，曲线保持平稳；抗氧能力耗尽后，链式氧化迅速展开。
动态法测得的氧化诱导温度，指程序升温条件下样品出现明显氧化放热所对应的外推起始温度，以摄氏度计。
该温度越高，说明材料在受热过程中越晚进入氧化阶段，热氧稳定性相对越好。
两者的差别在于考察维度：等温法给出固定温度下的时间指标，动态法给出氧化启动的温度位置。
前者条件单一、便于设置限值，后者耗时短、适合配方之间的快速排序。
适用材料与检测范围 适用对象以聚烯烃为主。
聚乙烯给水管、燃气管及管件，聚乙烯土工膜，电线电缆用聚烯烃绝缘料与护套料均属常见对象。
聚丙烯管材、薄膜及改性料的送检量也较大。
除制品外，树脂粒料、色母料、回收再生料同样可以直接进样，用于批间稳定性比对或来料验收。
部分橡胶、弹性体及石油产品也采用同类原理评估抗氧性能。
炭黑、颜料及高比例填料会改变氧化行为。
比对不同来源样品时，应保持配方背景一致，或在报告中注明差异，避免误读数据。
样品采集与制备要求 取样要有代表性。
同一批制品应在不同部位分别取样，管材类样品宜区分内层与外层；粒料从包装多个位置抽取，混合后平行制样。
制样时将样品切成薄片或小粒，质量控制在数毫克至十余毫克，底面与铝坩埚贴合。
切片过程避免摩擦发热，防止抗氧剂迁移损失；工具须除油清洁，不得带入金属屑或油脂污染。
对比试验中，各平行样的质量与形状应尽量一致。
等温OIT试验流程与条件 等温法是应用最广的形式，典型流程如下： 称取样品置于铝坩埚，放入样品位，参比位放置空坩埚； 氮气吹扫下以较快速率升温至设定温度，聚乙烯类常选200℃或210℃附近，以产品标准为准； 恒温保持至基线稳定，随后切换为氧气，流量通常约为每分钟50毫升； 以切换氧气的时刻为计时零点，持续记录曲线直至出现放热台阶； 按切线法确定交点，读取时间即得氧化诱导时间。
氮气与氧气须为高纯级别，切换阀动作与计时保持同步。
计时零点在各标准中的表述略有差异，读取前应与执行标准核对，避免起点偏移造成误差。
动态OIT升温测定要点 动态法在氧气气氛下进行程序升温，升温速率常见每分钟10至20开尔文。
样品从较低温度起随炉升温，到达氧化启动点时曲线偏离基线并转为放热。
判读同样采用切线法。
基线延长线与放热段最陡处切线的交点，其对应的横坐标温度即氧化诱导温度。
该方式单次试验耗时短，适合比较不同配方的氧化启动位置、评估加工温度窗口，也常用于再生料抗氧化能力的快速筛查。
它与等温法互为补充，两类数据之间不能直接换算。
氧化诱导期测定仪与配件 通常所称的氧化诱导期测定仪，是以差示扫描量热仪为核心的成套系统。
主机包含炉体、热流传感器与程序控温单元，可实现快速升温、长时间恒温与气体切换的联动。
气路部分配置高纯氮气与氧气（或空气）气源、流量计和切换阀，保证气氛转变迅速、流量稳定。
称样使用分析天平，坩埚多为敞口铝皿，是否加盖按方法规定执行。
温度示值需定期用铟等标准物质校准，保证起始点判读准确。
切线交点计算与曲线存档由软件完成，原始曲线应随报告一并保存，便于事后复核。
方法标准与规范依据 国际标准ISO 11357-6规定了塑料以差示扫描量热法测定等温OIT与动态OIT的条件和判读规则，是各类产品方法的主要引用来源。
ASTM D3895针对聚烯烃氧化诱导时间的测定作出规定。
国内标准GB/T 17391规定了聚乙烯管材与管件热稳定性的试验方法，给水用聚乙烯管道系统的产品标准则在此基础上设置限值要求。
判定时以产品标准为准，同时注意各标准在试验温度、气氛种类、计时零点上的规定并不相同。
跨条件的数据不能直接比较，报告必须写明全部试验条件。
曲线判读与结果评判 典型的氧化诱导期曲线由平稳基线与陡升的放热段构成。
判读时先作基线延长线，再对放热段最陡部分作切线，两线交点即氧化起始点。
等温法读取交点对应的时间，动态法读取对应的温度。
结果评判的通行原则是：同条件下氧化诱导时间越长，或氧化诱导温度越高，材料热氧稳定性越好。
产品标准多给出下限值，低于限值判为不符合。
平行测定结果的取值方式按标准执行，离散偏大时应复测。
两项指标属于相对性比较参数，服务配方评价与批次管理。
将其直接换算为贮存年限或使用寿命的做法缺乏依据。
一份规范的报告应包含以下要素： 样品名称、编号与状态描述； 执行标准、试验温度或升温速率、气氛与流量、样品量； 原始DSC曲线与切线判读图； 各平行样结果及最终给出值。
影响测定结果的主要因素 试验温度的准确度居各因素之首。
氧化速率对温度呈指数关系，温度示值偏差或恒温波动会成倍放大到结果层面，造成数据漂移。
其余常见因素包括： 气体纯度不足、流量不稳或切换滞后； 样品量偏差、形状不规则或与坩埚底部接触不良； 抗氧剂分散不均、制样受热导致助剂损失； 铜、铁等金属离子的催化作用引入额外氧化通道； 坩埚类型与加盖方式不一致。
控制上述环节后平行结果仍明显偏离时，应排查材料本身助剂分散问题。
实验室之间的比对须先统一条件，再进行数据评价。
常见问题与解答 氧化诱导时间测定主要适用于哪些材料？ 以聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃为主，覆盖给水与燃气管道、管件、土工膜、电缆绝缘及护套料、薄膜等产品，树脂粒料与再生料也可直接进样。
含炭黑、颜料或高比例填料的材料，报告中需注明配方背景，便于横向比对。
氧化诱导温度检测报告一般包含哪些内容、有何用途？ 报告载明样品信息、执行标准、升温速率、气氛与流量、样品量、原始DSC曲线以及切线判读的起始温度和各平行样结果。
数据用于配方筛选、来料验收与产品标准符合性判定，也可作为质量争议时的比对依据。
送检氧化诱导时间测试前需要沟通确认什么？ 需确认材料牌号与形态、执行的方法标准、等温法的试验温度或动态法的升温速率，以及判定限值的来源。
同时应说明取样部位和是否需要平行测定，样品可为粒料或从制品上截取的小块，制样由实验室按标准完成。
