KRI 離子源的來源

KRI 由哈羅德·考夫曼（Harold Kaufman）和史蒂夫·羅賓遜（Steve Robinson）于1978年成立, 考夫曼·羅賓遜（Kaufman＆Robinson）的目標(biāo)是進行研究以突破寬光束源技術(shù)的邊界. 作為其研究和開發(fā)任務(wù)的一部分, KRI 承擔(dān)的離子束產(chǎn)品的開發(fā)用于工業(yè)應(yīng)用. 特別是, KRI 履行合同以設(shè)計為在材料的真空處理使用市售的寬射束源, 例如薄膜沉積和等離子蝕刻.

哈羅德·考夫曼 Harold Kaufman 博士入選 NASA 格倫研究中心名人堂

在 2016年, 作為離子推進技術(shù)的開拓者, 美國宇航局 NASA 為表彰他杰出貢獻, 將哈羅德·考夫曼 Harold Kaufman 博士列入 NASA 格倫研究中心名人堂. 宇航局 NASA 高度贊揚了考夫曼博士“發(fā)明實驗性航天硬件系統(tǒng)的罕見之處在于, 不僅在測試中得到了證明, 而且今天已經(jīng)在太空飛行.”

1960年代初期, 中心研究員哈羅德·考夫曼（Harold Kaufman）開發(fā)了電子轟擊離子推進器. 隨后的所有美國離子推進系統(tǒng)都源自他最初的 Kaufman 推進器, 而電力推進仍然是該中心的核心能力之一. 從 NASA 退休后, 考夫曼博士將該技術(shù)應(yīng)用于多種地球應(yīng)用, 并開發(fā)了無柵格推進器, 該推進器已成為另一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).

考夫曼于1926年出生于愛荷華州奧杜邦, 但在伊利諾伊州埃文斯頓長大. 在第二次世界大戰(zhàn)期間, 他接受了海軍電氣工程師的培訓(xùn). 然而, 戰(zhàn)爭結(jié)束后, 他決定在西北大學(xué)攻讀機械工程學(xué)位. 1951年畢業(yè)后不久, 他加入了NACA劉易斯研究中心, 最初從事航空推進問題, 例如加力燃燒室冷卻和實驗性在噴氣發(fā)動機中使用液態(tài)氫.

蘇聯(lián)于1957年發(fā)射人造地球衛(wèi)星（Sputnik）之后, NACA 成為了新的 NASA 航天局的一部分, 并且該中心進行了改組, 專注于與太空有關(guān)的問題. 電推進涉及離子推進器, 離子推進器產(chǎn)生帶電的等離子體并將其作為推力排出. 這個概念并不是什么新鮮事物, 但是當(dāng)美國宇航局劉易斯在1958年開始努力時還沒有得到證實. 航天用電推進的類型.

1958年, 考夫曼被重新任命為新的電磁推進師. 最初指示他使用曼弗雷德·馮·阿登納（Manfred Von Ardenne）設(shè)計的雙等離子體加速器設(shè)計推進器, 但很快意識到這是不切實際的. 他開始研究自己的雙等離子體加速器, 其性質(zhì)相似, 但使用的比例不同. 考夫曼第二年就研究了等離子體物理學(xué)以及在低壓條件下產(chǎn)生大電流的方法. 經(jīng)過劉易斯機械廠的反復(fù)試驗后, 考夫曼決定自行設(shè)計推進器. 電子轟炸推進器（考夫曼推進器）出現(xiàn)了.

考夫曼的引擎蒸發(fā)了液態(tài)汞, 然后汞被電子轟擊以產(chǎn)生更多的電子和離子. 帶負電的電場和帶正電的屏幕將離子作為推力向后拉出離子并從發(fā)動機中拉出. 該推進器已在 Lewis 真空設(shè)備中進行了廣泛的測試, 并獲得了出色的結(jié)果.

1960年, 考夫曼和他的同事們開始計劃進行太空電子火箭測試（SERT I）, 以測試太空中的推進器. 1964年7月發(fā)射的SERT I航天器還包括在 NASA 馬歇爾太空飛行中心設(shè)計的另一種推進器. 考夫曼的推進器運轉(zhuǎn)了30分鐘以上, 但馬歇爾發(fā)動機未能啟動. 我提供了空間電動推進的第yi個演示.

1964年, 考夫曼被任命為離子物理分部負責(zé)人, 并開始計劃對其推進器SERT II 進行第二次太空演示. SERT II 使用了兩個太陽能汞離子轟擊推進器. 劉易斯對推進器進行了一系列測試, 包括長期性能. 盡管 SERT II 的最初任務(wù)于1970年2月啟動, 但沒有達到預(yù)定的6個月工期, 但工程師得以在1973年重新啟動發(fā)動機. 然后, 他們能夠操作推進器8年, 并進行了數(shù)百次重新啟動. 

在此期間, 電磁推進部門不僅提高了考夫曼推進器的離子加速度, 產(chǎn)生能力, 效率和壽命, 而且還開發(fā)了替代電動推進器. 考夫曼（Kaufman）于1968年被任命為該部門的助理主任, 并獲得了博士學(xué)位. 1971年, 他在科羅拉多州立大學(xué)（CSU）任教. 考夫曼博士和他的推進器在此期間得到了廣泛認可. 1969年, 美國航空航天學(xué)會（AIAA）向他授予了詹姆斯·H·懷爾德推進獎, 該推進器于1970年獲得了 IR 100獎（R＆D 100獎的前身）, 考夫曼于1971年獲得了 NASA 的杰出服務(wù)獎.

在1960年代末和1970年代初, NASA 的預(yù)算迅速減少, 特別是對于開發(fā)周期長的計劃（例如電力推進）而言. 在1972年的重組中, 電磁推進部解散了. 在擔(dān)任新的航天器技術(shù)部助理主任兩年之后, 考夫曼博士于1974年6月退休, 新的航天器技術(shù)部是電力推進部門的其中一個部門, 而該部門只是其中的幾個部門之一.

考夫曼博士隨后接受了科羅拉多州立大學(xué)物理與機械工程系的教職并返回研究. 后來他評論說:“我很榮幸在擔(dān)任經(jīng)理15年之后, 仍然有足夠的能力回去自己工作. ” 他從1978年開始擔(dān)任物理系主任, 直到1984年退休.

在他的學(xué)術(shù)生涯中, 考夫曼博士意識到其他人正在探索離子轟擊技術(shù)的替代應(yīng)用. 他接受了 IBM 的邀請, 為薄膜應(yīng)用修改電子束. 該技術(shù)的近期發(fā)展使他興奮. 他后來聲稱在頭兩個月每周平均獲得專利. 一位同事斷言, 考夫曼博士擁有 IBM 公司所有專利中最多的專利.

考夫曼博士將其離子源用于蝕刻和濺射等工藝. 考夫曼離子源現(xiàn)在還用于其他應(yīng)用, 例如半導(dǎo)體加工中使用的離子注入機.

從 CSU 退休后, Kaufman 博士成立了 Kaufman＆Robinson, Inc., 以繼續(xù)他的工作, 其中包括發(fā)明了Hall 離子源, 這是當(dāng)今工業(yè)中使用的大多數(shù)無柵離子源的基礎(chǔ). Kaufman 博士目前是科羅拉多州柯林斯堡（Fort Collins）科羅拉多州立大學(xué)（CSU）的名譽教授, 并經(jīng)營著  Kaufman和 Robinson, Inc..

同時, 美國宇航局的研究人員繼續(xù)推進考夫曼推進器設(shè)計用于太空推進. 這最終導(dǎo)致1990年代 NASA Lewis 與噴氣推進實驗室合作開發(fā)了 NASA 太陽能電力技術(shù)應(yīng)用就緒（NSTAR）推進器. 1998年, 美國國家航空航天局使用 NSTAR 推進器為其“深空I”航天器提供動力. 這是第yi架使用離子推進器作為主要推進系統(tǒng)的航天器. NSTAR 還為2007年的 Dawn 飛船提供了動力, 該飛船目前正在探索小行星帶中的大型物體. 此后, 該中心開發(fā)了功能更強大的版本-NASA的進化型氙氣推進器（NEXT）. 所有這些都源于1960年代初期考夫曼的發(fā)明.

考夫曼的離子推進器是迄今為止該中心中最具影響力和影響深遠的技術(shù)之一.