四艘太阳能——电推进的货船在地球轨道和月球轨道之间运行，每一百天可以运载20公吨货物到月球基地。

在去年春天国家空间委员会要求“二十一世纪架起星球之间桥梁，开辟太阳系通路”时，据悉该委员会已建议研制高性能电推进装置。电推进装置使要经历长时间才能达到目的地的大批货物有可能实现低成本远距离的空间运输，尤其是，在跨世纪之后不久，太阳能 - 电推进装置用于一队月球渡船，在建造永久性月球基地方面，要比使用化学推进的宇宙飞船更经济。

由航天飞机运到300公里地球轨道之后，一艘像我的小组在喷气推进实验室所设想的那样月球渡船将依靠300千瓦太阳电池阵和10台30千瓦氙离子发动机推进沿着螺旋形轨道飞往月球。太阳电池阵在张开情况下，每边尺寸为宽12米长61米。渡船的固体质量大约有一半是由太阳电池阵、功率调节设备和氙离子发动机构成；其余则为结构部件和子系统。渡船将进入离月面约为100公里的停泊轨道。货物在那儿卸下来，并且在自动控制下，依靠一枚小型化学制动火箭，向下推到月面。渡船靠着自身动力回到低地轨道，在那儿接收由航天飞机送来的下一批货物、新的离子发动机和新鲜推进剂箱子。这种服务项目很容易由空间站来完成。

月球货物加上它下降用的发动机与推进剂其质量为20，000公斤量级，约占渡船加货物的总质量的60%。这种质量百分数远远超过最庞大的化学推进系统的质量百分数。

在月球停泊轨道和地球停泊轨道之间，每次往返约需一年。因此，四艘一队渡船同时运行，大约每一百天就能运载20公吨货物到月球基地。利用像“阿波罗”那样的宇宙飞船，宇航工作人员将很快被送到该基地。渡船的某些货物将是宇航员的生活用品。另一些将包含用于装配月球基地的设备和材料。居住舱直径为4米，长15米，便于装进航天飞机货舱。太阳电池阵将长期为月球基地提供主要电力。宇航人员往返于月球基地，首先回到空间站，然后再乘航天飞机回地面。太阳能 - 电推进的月球渡船船队始终不断地向基地补给，增添众多的建筑材利、工作人员消费品和工作设备。这种月球运输系统的大量工程早已完成。四分之一世纪以来，国家航空航天局一直在发展先进的电推进技术。通常，在此领域中所做的这些工作听起来是激动人心的，“电推进是一项未来的技术，而且永远如此。”多年来技术进展，已经使得我们能够去部署大型轻质空间电力系统。目前，太阳电力与电推进装置电位匹配，我们就会明白组合的任务了。

双氙离子发动机系统是正在执行的国家航空航天局技术发展规划的产物，它可以绕着两个轴转动。每台发动机吸收的最大输入功率为5千瓦，这相当于比冲3500秒时每台发动机的推力为0.2牛顿。在过去，一直使用汞和铯作为推进剂，因为它们原子质量大，只需小的离解能。近来，已在使用氙和氪，因为它们是无毒的，因此操作起来比较安全，发动机起动时间大大缩短，而且功率调节简便。这些新的发动机都作了简化，为了减少部件数量和提高运转的可靠性和简易性。

这种双发动机离子推进舱一直在喷气推进实验室进行研制和试验，供若干可能的航天器使用。例如，一个四发动机舱有可能取代《海盗Ⅱ号》航天器的化学推进系统，从而在建议的一组五次任务中，累计的运行时间可以节省15年。月球渡船将使用尺寸和功率都大得多的发动机，但是总的推进舱设计和工作特性基本上是相同的。

这些较大发动机正在国家航空航天局刘易斯研究中心进行研究。例如，刘易斯研究中心已经设计了一台直径为50厘米的氙离子发动机，为的是研究像建议的月球渡船那样的航天器的大功率运转情况。这种发动机在大比冲情况下运转会大大降低推进系统的比质量。除此之外，加上预期的下一世纪技术进展，将会进一步改善系统性能。大量工作点（例如于4500秒时的30千瓦和6.0公斤/千瓦）对于这种大功率离子发动机的设计都是可以采用的。工作点的选择取决于影响整个任务的多种因素的折衷结果。折衷需要对系统和任务进行综合的研究，才能准确求出最佳结果。

像氙离子发动机那样的电推进系统从实质上说比总比冲相同的化学推进系统更安全，因为推进剂用量和它的惯性都很小。在二次任务之间进行整修期间，装卸月球渡船的推进剂箱子应当是没有什么危险的，这对于在空间站附近的宇航员来说，是一种重要的考虑。至于可靠性，即使月球渡船离子发动机中有若干台出故障会延长运行时间，但不至于使运行终止。

—队四艘月球渡船每年大约需要30，000公斤（4，000，000升）氙。这超过了西方的年产量。然而，有数量大得多的氪与氙一起被生产出来。因此，使用富氪的混合物比起扩大氙产量可能更经济。发动机效率稍微下降，燃料载荷增多，负载减少，但是发动机工作基本上保持不变。

核反应堆电力源是否比电推进的渡船系统好些？在设想的先进的空间核电力系统比质量跨过折中线之前，在具有先进的太阳电池阵设计情况下，这种月球任务需要大于1兆瓦的电功率。电功率为1兆瓦时，电推进系统几乎肯定要用核电力，因为太阳电池阵有面积太大和结构控制问题。不过，电功率在300千瓦左右，太阳电池阵具有独特的优点。

由国家航空航天局主持在先进的光生电力太阳电池阵方面近来所做的研究表明，单晶硅电池和改进构件装配可以明显提高比功率。为月球渡船而提出的300千瓦电池阵（由10 ~ 25千瓦电池阵外推而来），寿命起点的比功率将低于5千克/千瓦。然而，反复通过辐射带，将使电池阵暴露在高辐射之中，这很容易使电池阵降低输出功率，只在一次往返月球之后，就会降低一半以上。于是，在整个任务寿命期内要使电池阵达到大功率的关键是非常薄的（10 ~ 25微米）、效率高的（约15%），对辐射相当敏感的电池。

目前，用现代化方法生产的薄单晶硅电池表明＞效率正好超过13%。不过，先进的电池材料早已证实，它在耐辐射方面比硅好得多。而且，在完成一次任务之后，把这些材料中某些材料加热至150摄氏度，可以减轻辐射的伤害。以先进的耐辐射材料制成的电池取代薄的晶状硅电池，可以在下一个十年之内制成能够保障月球渡船任务的太阳电池阵，准备飞行。

正如哈罗德 · 尤里所说的，新材料永远增加我们的财富。他回顾起在《阿波罗》规划中材料进展情况。如果我们对新的光生电力材料进行开发和研究的话，这些材料就有可能把我们永久地安置在月球上。月球渡船的其余工作将是直接指向宇航工程。

[Aerospace America，1987年6月］