1、概念提出背景

宇航智控：以往的任务研究表明，载人火星任务和深空行星轨道飞行器需要利用大气阻力使航天器减速从而进行大气制动和大气捕获。利用大气层来减速捕获航天器的方式可以大大降低未来任务的成本和发射质量，使得对外行星和月球的长期探测研究成为可能，这在目前的反推制动方法下是不可能的。本项目拟开发的等离子体磁壳在大气制动、大气俘获以及着陆系统方面(Magnetoshell AAES)具有实现理想制动的潜力，其阻力和控制力显著增加，同时所需质量显著降低。利用扰流板或减速伞作为入轨和轨道圆化的方法，已经成功地实现了大气制动，节省了50%以上的质量。但为了减少摩擦加热和动压对脆弱的降落伞的影响，必须考虑在大气层密度较低的高轨上进行制动。

2、基本原理

等离子体磁壳的研究是基于已证明的成功的实验结果，它将大大降低任务风险、发射成本、质量和总体辐射量。等离子体磁壳是一种高-β(等离子体与磁场能量密度的比值)偶极等离子体结构，最初将填充环境大气气体。这种等离子体是在无电极旋转磁场(RMF)的作用下形成、维持和扩展的，这在以前的实验中已经证明可以产生所需的、完全电离的、高温磁化等离子体。RMF等离子体的形成会在等离子体中产生大电流，这些电流会膨胀并维持大尺度的磁性结构。磁约束下的等离子体与环境中的中性大气粒子之间主要的相互作用是电荷交换，电荷交换具有最大的接触面。在电荷交换之后，被磁化的大气离子通过弯曲和拉伸的磁场线产生固定方向的动量(在航天器的框架内)。

3、优点

这种系统的优点很多。摩擦加热将不再受到关注，因为使航天器减速所需的能量耗散将沉积到等离子离子中，以帮助维持磁层。现在的磁壳是由无质量的磁场和一克等离子体组成的，但磁壳的横向尺寸可以达到100米。

这意味着，对于任何给定的磁壳上的破坏阻力，都将比航天器上的大气动力大三个数量级。由于能够在不同的大气条件下快速准确地调整阻力，现在可以在低风险下考虑更大的制动力，从而实现非常积极的空中飞行机动。此外，磁壳还能屏蔽太阳辐射。美国国家航空航天局(NASA)的DRA 5.0载人火星探测任务通过该技术可以节省大量资金，同时降低项目和技术风险。深空行星轨道飞行器可以在快速、直接的轨道上发射，旅行时间减少了70%以上。在发射质量相同的情况下，可以用更少的飞行时间完成任务，从而减少了太阳和宇宙射线的辐射。

在第一阶段将演示一个亚尺度磁壳，而在第二阶段将开发和测试一个完整的TRL4级的系统。第一阶段还将描述一组完整的任务并开发系统级架构。在这个项目的最后，一个轻量级的磁壳AAES将被开发出来，它将大大扩展载人任务和深空轨道飞行器的能力。