考夫曼離子源創(chuàng)始人 Dr. Harold Kaufman
2016年, 美國 NASA 宇航局將 KRI 創(chuàng)始人 Dr.Harold Kaufman 博士列入格倫研究中心名人堂, 作為離子推進(jìn)技術(shù)的開拓者, Harold Kaufman 博士被授予格倫研究中心名人堂的榮譽并被贊揚 “他發(fā)明了一種實驗性航天硬件系統(tǒng), 不僅在測試中得到了驗證, 且現(xiàn)今廣泛運用于太空飛行.” Harold Kaufman 博士發(fā)明的離子推進(jìn)器是該中心有史以來具影響力和影響深遠(yuǎn)的技術(shù)之一, 基于 Harold Kaufman 博士的研究基礎(chǔ), 格倫研究人員將繼續(xù)改進(jìn)這項技術(shù), 開發(fā)下一代長時間太空飛行能力的推進(jìn)器.

考夫曼離子源創(chuàng)始人 Harold Kaufman 考夫曼博士于 1926年出生于美國愛荷華州奧多邦, 但在伊利諾伊州埃文斯頓長大.  二戰(zhàn)期間, 他在海軍接受了電氣工程師培訓(xùn). 然而, 戰(zhàn)后, 他決定在西北大學(xué)攻讀機(jī)械工程學(xué)位.

1951年畢業(yè)后不久, 他加入了 NACA Lewis 研究中心, 最初致力于研究航空推進(jìn)相關(guān)議題, 例如: 后燃器冷卻和液態(tài)氫用于噴氣發(fā)引擎中的實驗使用. 60 年代 Kaufman 博士發(fā)明了電子轟擊離子推進(jìn)器并以他的名字命名為考夫曼推進(jìn)器. 1969 年美國航空航天學(xué)會 AIAA 授予他 James H. Wyld 推進(jìn)獎, 1970 年考夫曼推進(jìn)器贏得了 IR 100 (前身研發(fā) 100 獎), 1971 年考夫曼博士獲得美國宇航局杰出服務(wù)獎, 1974 年6月退休, Harold Kaufman 博士為 NASA 服務(wù)整整 23年！

從 NASA 退休后, Harold Kaufman 博士并沒有停止創(chuàng)新和研究, 他接受了加州大學(xué)物理系和機(jī)械工程系的教職, 重新回到研究領(lǐng)域.直到 1984年退休, 并成立 Kaufman & Robinson,Inc 公司, 開始研發(fā)生產(chǎn)適合民用的霍爾離子源, 其研發(fā)的霍爾型離子源是目前工業(yè)上使用的大多數(shù)無柵級離子源的基礎(chǔ)！廣泛應(yīng)用于離子清洗, 離子蝕刻, 離子注入和離子濺射等領(lǐng)域. 歷經(jīng) 40 年改良及發(fā)展考夫曼公司已取得 100多項成果, 提供各種型號的霍爾離子源, 考夫曼離子源和射頻離子源.上海伯東是美國考夫曼離子源中國總代理.

1957年蘇聯(lián)發(fā)射人造衛(wèi)星后, NACA 成為新的 NASA 美國太空總署的一部分, 該中心進(jìn)行了重組, 并專注于與太空相關(guān)的問題. 電力推進(jìn)涉及離子推進(jìn)器, 它產(chǎn)生帶電等離子體并將其作為推力排出. 其實這個概念并不新鮮, 但在 1958年美國太空總署Lewis 開始研究時, 它還沒有得到證明.

Lewis 設(shè)計了這種推進(jìn)器的任務(wù)應(yīng)用, 開始建造真空測試設(shè)施, 并成立了電磁推進(jìn)部門, 以探索一系列使用于太空飛行的多種電力推進(jìn).

1958年, 考夫曼博士被重新分配到新的電磁推進(jìn)部門. 他最初被指示使用 Manfred Von Ardenne 的雙電漿管設(shè)計推進(jìn)器, 但他很快意識到這是不切實際的. 他開始研究自己的雙電漿管, 它的原理相似, 但使用了不同的比例.

考夫曼博士在接下來的一年里研究等離子體物理學(xué)和在低電壓下產(chǎn)生高電流的方法, 在 Lewis Machine Shop 反復(fù)試驗后, 考夫曼決定自己設(shè)計推進(jìn)器. 電子轟擊推進(jìn)器 (考夫曼推進(jìn)器) 應(yīng)運而生.

考夫曼的引擎蒸發(fā)了液態(tài)汞, 然后被電子轟擊以產(chǎn)生更多的電子和離子. 帶負(fù)電的電場和帶正電的屏幕將離子作為推力向后拉出引擎. 推進(jìn)器在 Lewis 真空設(shè)施中進(jìn)行了廣泛的測試, 得到了優(yōu)異結(jié)果.

1960年, 考夫曼和他的同事開始計劃太空電動火箭試驗 (SERT I), 以在太空中測試推進(jìn)器.  SERT I 宇宙飛船于1964年7月發(fā)射, 還包括在 NASA Marshall 太空飛行中心設(shè)計的另類推進(jìn)器. 考夫曼的推進(jìn)器運行了30多分鐘, 但 Marshall 引擎能啟動. SERT I 首次在太空中演示了電力推進(jìn)。

1964年, 考夫曼被任命為離子物理分部的負(fù)責(zé)人, 并開始計劃對他的推進(jìn)器 SERT II 進(jìn)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(jìn)器. Lewis 對推進(jìn)器進(jìn)行了一系列測試, 包括長期性能. 雖然 SERT II 于1970年2月初次發(fā)射任務(wù)沒有達(dá)到預(yù)期能夠持續(xù)6個月的時間, 但工程師們在 1973年重新啟動引擎, 而后, 工程師們操作推進(jìn)器長達(dá)八年并且能重新啟動數(shù)百次.

在此期間, 電磁推進(jìn)部門不僅提高了考夫曼推進(jìn)器的離子加速, 生成, 效率和預(yù)期壽命, 而且還開發(fā)了替代電動推進(jìn)器. 考夫曼于  1968年被任命為該部門的副部長, 并在 1971年獲得科羅拉多州立大學(xué) (CSU) 的博士學(xué)位.

考夫曼博士和他的推進(jìn)器在這一時期得到了廣泛認(rèn)可. 美國航空航天學(xué) (AIAA) 于 1969年授予他 James H. Wyld 推進(jìn)獎, 其推進(jìn)器于 1970年獲得 IR 100獎 (R&D 100 獎的前身)，而且考夫曼于 1971年獲得 NASA 的杰出服務(wù)獎.

NASA 的預(yù)算在 1960年代末和 1970年代初迅速減少, 特別是對于開發(fā)周期較長的項目, 例如電力推進(jìn). 電磁推進(jìn)部門在 1972年的組織重組中解散. 考夫曼博士在新的宇宙飛船技術(shù)部門擔(dān)任了兩年的副部長, 電力推進(jìn)只是其中幾個部門之一, 并于 1974年6月退休, 在 NASA 服務(wù)長達(dá)23年.

考夫曼博士隨后接受了 CSU 物理和機(jī)械工程系的教職, 并重新開始研究. 他后來說: “我很自豪, 當(dāng)了 15 年的經(jīng)理后, 我仍然有能力自己研究. ” 考夫曼博士任從 1978年職于物理系從 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)用調(diào)整電子束. 這項技術(shù)的發(fā)展讓他興奮不已. 他后來聲稱在研究的前兩個月期間, 平均每周就能獲得一項成果. 一位同事斷言, 在 IBM公司中, 考夫曼博士擁有較多成果.

考夫曼博士將他的離子源廣泛應(yīng)用于離子清洗, 離子蝕刻, 離子注入和離子濺射等領(lǐng)域. 歷經(jīng) 40 年改良及發(fā)展考夫曼公司已取得 100多項成果, 提供各種型號的霍爾型離子源和考夫曼離子源. 伯東公司是美國考夫曼離子源大中華地區(qū)總代理.

從 CSU退休后, 考夫曼博士成立了 KRI, Kaufman & Robinson, Inc. 以繼續(xù)他的研究工作, 其中包括發(fā)明了霍爾離子源, 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). 考夫曼博士目前是科羅拉多州柯林斯堡 CSU 的名譽教授, 并經(jīng)營 Kaufman and Robinson, Inc.

與此同時, 美國太空總署的研究人員繼續(xù)研發(fā)并改善應(yīng)用于太空推進(jìn)的考夫曼推進(jìn)器, 最后, 于 1990年代, NASA Lewis 與噴氣推進(jìn)實驗室合作開發(fā)出 NASA Solar Electric Power Technology Application Readiness ( NSTAR ) 推進(jìn)器.  NASA 于1998年使用 NSTAR 推進(jìn)器為其宇宙飛船 Deep Space I 提供動力. 這是一艘使用離子推進(jìn)器作為主要推進(jìn)系統(tǒng)的宇宙飛船.

NSTAR 還為宇宙飛船 2007 Dawn 提供動力, 此宇宙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)了一個更強(qiáng)大的版本 -- 美國太空總署的進(jìn)化氙氣推進(jìn)器 ( NEXT ) . 這些應(yīng)用都是源自考夫曼博士 1960年代初期的發(fā)明.

考夫曼博士的離子推進(jìn)器是 NASA 有史以來影響深遠(yuǎn)的技術(shù)之一. 根植于考夫曼的工作, Glenn 研究人員繼續(xù)改進(jìn)這項技術(shù), 并開發(fā)新一代長效的宇航技術(shù).

2018年1月 Harold Kaufman 博士逝世, 縱觀其一生, 不論是航空航天還是民用技術(shù)的實際應(yīng)用, Kaufman 博士從沒有停止對離子技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展, 他所創(chuàng)立的考夫曼公司已經(jīng)取得 100項成果技術(shù)并繼續(xù)秉承其對創(chuàng)新和質(zhì)量的承諾, 不斷前行！

參考鏈接：https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/glenn/glenn-history/harold-kaufman/

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