麻省理工學院（MIT）的航空航天工程師們正在測試一種新的懸浮車概念，它通過利用月球的自然電荷而懸浮起來。由於缺乏大氣層，月球和其他沒有空氣的天體，如小行星，可以通過直接暴露在太陽和周圍的等離子體中建立起一個“電場”。
在月球上，這種表面電荷足以使灰塵懸浮在離地面1米多高的地方，就像靜電能使人的頭髮豎起來一樣。
美國宇航局（NASA）和其他機構的工程師最近提議利用這種天然的表面電荷，使滑翔機懸浮起來，滑翔機的機翼由聚酯薄膜製成，這種材料自然擁有與無空氣物體表面相同的電荷。他們推斷，類似電荷的表面應該相互排斥，產生一種力量，使滑翔機離開地面。但是這樣的設計很可能僅限於小型小行星，因為較大的行星體會有更強的反作用力。
麻省理工學院團隊的懸浮式漫遊車有可能繞過這一尺寸限制。這個概念類似於一個復古風格的圓盤形飛碟，使用微小的離子束為車輛充電，並提高表面的自然電荷。整體效果是為了在車輛和地面之間產生一個相對較大的排斥力，而這種方式只需要很少的能量。在一項初步的可行性研究中，研究人員表明，這樣的離子助推力應該足夠強大，可以使一個2磅重的小型車輛在月球和像Psyche這樣的大型小行星上懸浮。
“我們認為使用這個就像日本航天局發射的隼鳥號任務，”主要作者Oliver Jia-Richards說，他是麻省理工學院航空和航天系的研究生。“那個航天器在一顆小行星周圍運行，並在其表面部署了小型漫遊車。同樣，我們認為未來的任務可以派出小型盤旋車來探索月球和其他小行星的表面。”
該團隊的成果發表在本期的《航天器和火箭雜誌》上。Jia-Richards的共同作者是Paulo Lozano，M. Alemán-Velasco航空和航天學教授和麻省理工學院空間推進實驗室主任；以及前訪問學生Sebastian Hampl，現在在麥吉爾大學。
該團隊的懸浮設計依賴於使用微型離子推進器，稱為離子-液體離子源。這些小型的、微型製造的噴嘴與一個含有室溫熔鹽形式的離子液體的儲存器相連。當施加電壓時，液體的離子被帶電，並以一定的力量通過噴嘴發射出來。
Lozano的團隊率先開發了離子推進器，並主要將其用於推動和物理操縱太空中的小型衛星。最近，Lozano曾看到研究顯示月球帶電錶面對月球塵埃的浮力作用。他還考慮了NASA的靜電滑翔機設計，並想知道：裝有離子推進器的漫遊車能否產生足夠的排斥性靜電力，在月球和較大的小行星上盤旋？
為了測試這個想法，該團隊最初建立了一個小型圓盤形漫遊車的模型，該漫遊車配有離子推進器，可單獨給車輛充電。他們對推進器進行建模，將帶負電的離子從車輛中射出，這有效地給車輛帶來了正電，類似於月球帶正電的表面。但他們發現這還不足以讓飛行器離開地面。
“然後我們想，如果我們將自己的電荷轉移到表面，以補充其自然電荷，會怎麼樣？” Jia-Richards說。
通過將額外的推進器對準地面併發射正離子來放大表面的電荷，該團隊推斷，升力可以對漫遊車產生更大的力量，足以使其浮離地面。他們為這種情況建立了一個簡單的數學模型，並發現在原則上它可以發揮作用。
基於這個簡單的模型，研究小組預測，一個小型的漫遊車，重約兩磅，可以使用10千伏的離子源，在像Psyche這樣的大型小行星上實現離地約一厘米的懸浮。為了在月球上獲得類似的升空，同樣的漫遊車將需要一個50千伏的源。
“這種離子設計使用很少的功率來產生大量的電壓，”Lozano解釋說。“所需的功率非常小。”
為了確保該模型代表了在空間的真實環境中可能發生的情況，他們在Lozano的實驗室里進行了一個簡單的方案。研究人員製造了一個小型的六邊形測試車，重量約為60克，尺寸約為一個人的手掌大小。他們安裝了一個指向上方的離子推進器和四個指向下方的離子推進器，然後用兩個校準為抵消地球引力的彈簧將該飛行器懸挂在一個鋁製表面。整個裝置被放置在一個真空室中，以模擬月球和小行星的無空氣環境。
研究人員還將一根鎢棒懸挂在實驗的彈簧上，並利用其位移來測量推進器每次發射時產生的力量。他們對推進器施加各種電壓，並測量所產生的力，然後用這些力來計算飛行器單獨可以懸浮的高度。他們發現這些實驗結果與他們的模型對同一場景的預測相吻合，使他們相信模型對懸浮在Psyche和月球上的漫遊車的預測是現實的。
目前的模型旨在預測簡單地實現懸浮所需的條件，對於一個2磅重的車輛來說，剛好離地約1厘米。離子推進器可以用更大的電壓產生更多的力，以使車輛離地更高。但是Jia-Richards表示，這個模型需要修改，因為它沒有考慮到發射的離子在更高的高度會有什麼表現。他說：“原則上，通過更好的建模，我們可以懸浮到更高的高度。”
在這種情況下，Lozano說，未來的月球和小行星任務可以部署漫遊車，使用離子推進器在未知的、不平整的地形上安全地懸停和機動。
“有了懸浮式漫遊車，你就不必擔心車輪或移動部件，”Lozano說。“一顆小行星的地形可能是完全不平坦的，只要你有一個可控的機制來保持你的漫遊車懸浮，那麼你就可以走過非常粗糙的、未開發的地形，而不必在物理上躲避小行星。”