这项技术可以赋予小卫星在太空中更大的灵活性。未来的航天器无需为不同类型的机动依赖独立的燃料系统，而是可以使用单一推进剂既执行快速移动，又进行缓慢且高度精确的调整。
该方法的核心在于一种专用燃料，它既适用于化学推进系统，也适用于电推进系统。迄今为止，这些技术通常需要独立的推进剂和硬件，从而增加了重量和复杂性。
“如果你能在一个小型装置中同时实现化学推进和电推进，那就是两全其美，”麻省理工学院航空航天系前博士后阿梅利亚·布鲁诺说，“这为小卫星在更小、更廉价的平台上开展更多科学研究、观测和有趣任务开辟了道路。”
布鲁诺是发表在《推进与动力期刊》上的一项新研究的主要作者。该研究表明，一种最初由美国空军为化学推进开发的“绿色单组元推进剂”也能成功驱动被称为电喷雾推进器的微型电推进器。
结合化学与电空间推进系统
电喷雾推进器是微型火箭发动机，大小约为一角硬币。它们利用电场使液体推进剂中的粒子带电，然后将这些粒子喷射到太空中，从而产生推力。
这些推进器具有极高的燃料效率，非常适合执行缓慢、精确的机动操作。例如，它们可以在消耗极少燃料的情况下，缓慢推动航天器完成漫长的星际航行。
化学推进器则用于不同的目的。它们能提供强大的爆发推力，使航天器能够快速加速、减速、爬升、下降或改变位置。
麻省理工学院的研究人员认为，通过确定一种能为两种系统提供动力的推进剂，可以显著扩展小卫星的能力。
该团队目前正与美国国家航空航天局（NASA）合作开展“绿色推进双模”任务，该任务使用一颗公文包大小的立方星，配备了一个化学推进器和四个电喷雾推进器。所有推进器都将从同一个燃料箱中获取燃料。这将是首次在小航天器上测试此类双模推进系统的尝试。
如果取得成功，这项技术将有助于小卫星探索远超地球轨道的深空。
“我们可以将立方星送往火星或小行星带，利用电喷雾推进器缓慢完成旅程，”该研究的合著者、麻省理工学院航空航天系米格尔·阿莱曼·贝拉斯科教授保罗·洛萨诺说，“然后你可以利用化学推进器快速移动以观察有趣的特征。你将拥有更大的灵活性来做更多的事情。”
离子液体推进剂为何重要
洛萨诺的实验室为大小介于午餐盒到小型登机箱之间的卫星开发、制造和测试电喷雾推进系统。
与大型航天器相比，这些紧凑型卫星的发射成本要低得多。然而，它们较小的体积也要求推进系统同样紧凑。
电喷雾推进器非常符合这一要求。洛萨诺实验室制造的装置大约只有指甲盖大小。每个推进器位于一个装有离子液体推进剂的储液腔上方。当连接到电池时，电荷被施加到液体中的离子上。这些带电粒子随后通过推进器上的微小开口排出，从而产生推力。
在过去十年中，洛萨诺的小组在不同的操作条件和各种离子液体燃料下测试了多种设计。
“离子液体非常稳定，甚至可以在太空中保持液态，这是很多材料无法做到的，”布鲁诺说，“而且它本质上是一个离子的海洋，这就是我们将技术建立在其基础上的原因，这样我们就可以将这些离子提取出来形成电喷雾。”
麻省理工学院的研究人员还与美国空军合作，后者开发了一种名为“先进航天器高能无毒推进剂”（ASCENT）的新型离子液体燃料。该推进剂最初是为化学推进系统设计的。
ASCENT是作为肼的一种更安全的替代品而研发的，肼是传统上许多航天器推进系统中使用的高毒性燃料。
“ASCENT恰好是一种离子液体混合物，”布鲁诺说，“我们当时说，嘿，这正是我们通常使用的材料。从理论上讲，它应该可行。让我们去弄清楚如何实现。”
在电喷雾推进器中测试ASCENT
为了评估这种燃料，布鲁诺、洛萨诺和麻省理工学院前研究生马修·科拉多使用由ASCENT驱动的电喷雾推进器进行了一系列实验。
每个推进器都连接到一个大约乐高积木大小的立方体储液腔上。研究人员在每个储液腔中注入一克ASCENT，这是一种粘度类似于婴儿油的液体。
推进器安装在立方星相对的两侧，该立方星被放置在一个被称为MagLev的定制磁悬浮测试平台上。该装置位于一个大型真空室内，可以模拟太空中的环境条件。
在测试过程中，研究人员远程调节供给推进器的电压。产生的电喷雾足以使立方星像漂浮的陀螺一样旋转。
通过测量产生的推力并让推进器连续运行长达100小时，研究团队能够评估该燃料的性能和效率。
结果显示，ASCENT成功驱动了电喷雾推进器。该燃料的性能与通常用于电推进系统的传统离子液体推进剂相当。
“与我们常规的电喷雾推进剂相比，ASCENT在推力方面可以提供相似的性能，”布鲁诺说，“既然我们知道我们的推进器可以使用ASCENT工作，我们就可以开始思考各种方法来进一步完善它们。”
NASA任务将在太空测试共享燃料箱
随着ASCENT现在被证明能够支持化学推进和电推进，研究人员设想未来的航天器将携带单一燃料箱为两种系统提供动力。
这一概念很快将通过NASA的“绿色推进双模”任务迎来首次实地测试，该任务计划于11月发射。
“这将是卫星首次拥有共享推进剂储箱，”洛萨诺说。
除了深空探索，该技术还可以改进近地任务。洛萨诺指出天气和气候监测是其潜在应用之一。
“假设风暴即将来临，你想部署你的小卫星星座在某一地点上方进行观测，”他说，“你可以根据观测的性质选择快速或慢速调度它们。而实现这一点的唯一途径就是拥有两套推进系统，现在这已成为可能。”
这项研究得到了NASA的部分资助。