在过去的半个世纪里，人们不再局限于仰望夜空中闪烁的星星，我们开始了宇宙探索的伟大征程。虽然人类已踏上月球，但遥远的地方只能用无人飞行器和机器人。
我们依靠传统的火箭，让我们走出了地球，但他们有其局限性。火箭通过发动机燃烧燃料，产生高压气体，产生的气体高速排出火箭喷嘴，火箭被推向相反的方向。然而，火箭燃料非常重，效率极低。它不能提供足够的力量让我们探索更远的地方。火箭的燃料被燃尽，离开地球并进入轨道，然后飞船基本上被迫停止运转了。
我们假如要坐火箭前往火星探索——火星离地球约1.4亿英里（2.253亿公里）。即使在最近的时候，它仍然距离我们的地球约3500万英里（5630万公里）用通常携带我们进入外太空的传统化学火箭，至少需要七个月才能到达那里。那有什么办法可以加快速度？等离子火箭！
世界通常分为三种物质状态：固体，液体和气体。当物质很冷时，它是坚实的。随着它变热，它变成液体。当施加更多的热量时，你会得到一种气体。然而，这个故事并没有结束。当你添加更多的热量时，你会得到什么呢？额外的能量和热量将气体中的中性原子和分子分解为典型的带正电的离子和带负电的电子。带电粒子赋予等离子体导电特性，因此等离子体技术被用于制作我们每天使用的各种物品。计算机芯片，霓虹灯，甚至是一袋薯片内部的金属涂层都是采用等离子技术制造的。还有等离子电视它使用等离子体释放光子，为您提供屏幕上像素的彩色显示。实际上，宇宙中99％的普通物质处于等离子体状态，大多数恒星，包括我们的太阳，都是由等离子体制成的。
火箭通过运用等离子技术可以让人类到达以前我们不敢想的地方。由于地球表面附近的空气密度减缓了产生推力所需的等离子体中的离子加速，因此这些火箭需要处于外层空间的真空状态才能起作用，所以我们实际上无法使用它们让火箭脱离地球。然而，自1971年以来，这些等离子体发动机中的一些已经在太空中运行。美国航天局通常将它们用于国际空间站和卫星的维修。
等离子火箭
在等离子火箭中，电场和磁场的组合被用于将推进剂气体的原子和分子分解成具有正电荷或负电荷的粒子集合。换句话说，把推进剂气体变成等离子体。然后施加电场以将离子从发动机的后部排出，通过反冲原理把火箭升入太空。通过等离子火箭提供能源，一艘宇宙飞船在理论上可以达到123,000英里/时（198,000公里）的速度，以这样的速度，你可以在一分钟内从纽约到洛杉矶！
另一方面，等离子火箭使用比这些传统发动机少得多的燃料。燃料减少了1亿倍。它的燃油效率非常高，可以用大约30加仑（113升）的气体从地球轨道运行到月球轨道。等离子火箭逐渐加速，可以在23天内达到每秒34英里（55公里）的最大速度，这比任何化学火箭快四倍。旅行时间减少意味着船舶经历机械故障和宇航员暴露于太阳辐射，骨质流失和肌肉萎缩的风险较小。
可变比冲磁等离子火箭
等离子体火箭的工作原理都是相同的：电场和磁场并排工作，首先将气体（通常是氙气或氪气）转化为等离子体，然后将等离子体中的离子以超过45,000英里/小时的速度加速离开发动机（72,400千米/小时），创造了所需旅行方向的推力。霍尔推进器是目前在太空中经常使用的两种类型的等离子体发动机之一。在该装置中，电场和磁场在腔室中以垂直方式设置。当电力通过叠加场时，电子开始以超快速旋转。当推进剂气体喷入装置时，高速电子将电子从气体中的原子上剔除，等离子体。这些等离子会从发动机后部射出，并产生推动火箭前进所需的推力。虽然离子的两个电离和加速过程分步发生，但它们在该发动机的相同空间内发生。霍尔推进器可以产生大量的推力，因此它们可以非常快速地运行。但是他们的燃油效率有限制。
为了寻找一种燃油效率更高的发动机，美国国家航空航天局发明了网格化的离子发动机。在这种常用的装置中，电场和磁场沿着发动机室的壁布置。在这款发动机中，电离和加速发生在两个不同的空间。虽然格栅式离子发动机比霍尔式推进器更节油，但缺点是它不能产生每单位面积的推力。
最后，还有第三种发动机：VASIMR，可变比冲量磁体火箭的缩写。这颗由前宇航员富兰克林·昌迪亚兹开发的火箭，现在只存在于测试阶段。在这个装置中，离子是通过天线产生的无线电波产生的，以形成等离子体。下游的另一个天线增加了能量，使离子以非常快的速度绕着圈旋转。磁场提供方向性，使得离子以直线形式释放到发动机外，从而传递推力。如果有效，这种火箭将具有巨大的节流范围，这是霍尔推进器和离子网格引擎无法轻松实现的。，在短时间内到火星旅行还有很长的路要走。大多数霍尔推进器和网格离子引擎运行约5千瓦的功率。为了达到 40天内到达火星所需的能量水平，至少需要这个数量的200倍。在外太空产生这种能量的最可行的能源来源是发动机内置的核动力源。然而，在这个时候，将核动力源放在我们从地球进入太空的火箭飞船上，会造成太多的辐射威胁。所以达到这些距离的电源仍然是一个重大挑战。更不用说人体对每秒34英里（54公里）行驶的不确定性（相对于常规火箭中4.7英里或每秒7.5公里的宇航员前往较低地球轨道）。
但从理论上讲，如果能够提供足够的动力，这些发动机有能力在大约40天内抵达火星。科幻故事正逐渐变成现实，未来是什么样的呢？会像《2001太空漫游》描写的那样吗？
