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考夫曼离子源创始人 Dr. Harold Kaufman
2016年, 美国 NASA 宇航局将 KRI 创始人 Dr.Harold Kaufman 博士列入格伦研究中心名人堂, 作为离子推进技术的开拓者, Harold Kaufman 博士被授予格伦研究中心名人堂的荣誉并被赞扬 “他发明了一种实验性航天硬件系统, 不仅在测试中得到了验证, 且现今广泛运用于太空飞行.” Harold Kaufman 博士发明的离子推进器是该中心有史以来具影响力和影响深远的技术之一, 基于 Harold Kaufman 博士的研究基础, 格伦研究人员将继续改进这项技术, 开发下一代长时间太空飞行能力的推进器.
考夫曼离子源创始人 Harold Kaufman 考夫曼博士于 1926年出生于美国爱荷华州奥多邦, 但在伊利诺伊州埃文斯顿长大. 二战期间, 他在海军接受了电气工程师培训. 然而, 战后, 他决定在西北大学攻读机械工程学位.
1951年毕业后不久, 他加入了 NACA Lewis 研究中心, 最初致力于研究航空推进相关议题, 例如: 后燃器冷却和液态氢用于喷气发引擎中的实验使用. 60 年代 Kaufman 博士发明了电子轰击离子推进器并以他的名字命名为考夫曼推进器. 1969 年美国航空航天学会 AIAA 授予他 James H. Wyld 推进奖, 1970 年考夫曼推进器赢得了 IR 100 (前身研发 100 奖), 1971 年考夫曼博士获得美国宇航局杰出服务奖, 1974 年6月退休, Harold Kaufman 博士为 NASA 服务整整 23年！
从 NASA 退休后, Harold Kaufman 博士并没有停止创新和研究, 他接受了加州大学物理系和机械工程系的教职, 重新回到研究领域.直到 1984年退休, 并成立 Kaufman & Robinson,Inc 公司, 开始研发生产适合民用的霍尔离子源, 其研发的霍尔型离子源是目前工业上使用的大多数无栅级离子源的基础！广泛应用于离子清洗, 离子蚀刻, 离子注入和离子溅射等领域. 历经 40 年改良及发展考夫曼公司已取得 100多项成果, 提供各种型号的霍尔离子源, 考夫曼离子源和射频离子源.上海伯东是美国考夫曼离子源中国总代理.
1957年苏联发射人造卫星后, NACA 成为新的 NASA 美国太空总署的一部分, 该中心进行了重组, 并专注于与太空相关的问题. 电力推进涉及离子推进器, 它产生带电等离子体并将其作为推力排出. 其实这个概念并不新鲜, 但在 1958年美国太空总署Lewis 开始研究时, 它还没有得到证明.
Lewis 设计了这种推进器的任务应用, 开始建造真空测试设施, 并成立了电磁推进部门, 以探索一系列使用于太空飞行的多种电力推进.
1958年, 考夫曼博士被重新分配到新的电磁推进部门. 他最初被指示使用 Manfred Von Ardenne 的双电浆管设计推进器, 但他很快意识到这是不切实际的. 他开始研究自己的双电浆管, 它的原理相似, 但使用了不同的比例.
考夫曼博士在接下来的一年里研究等离子体物理学和在低电压下产生高电流的方法, 在 Lewis Machine Shop 反复试验后, 考夫曼决定自己设计推进器. 电子轰击推进器 (考夫曼推进器) 应运而生.
考夫曼的引擎蒸发了液态汞, 然后被电子轰击以产生更多的电子和离子. 带负电的电场和带正电的屏幕将离子作为推力向后拉出引擎. 推进器在 Lewis 真空设施中进行了广泛的测试, 得到了优异结果.
1960年, 考夫曼和他的同事开始计划太空电动火箭试验 (SERT I), 以在太空中测试推进器. SERT I 宇宙飞船于1964年7月发射, 还包括在 NASA Marshall 太空飞行中心设计的另类推进器. 考夫曼的推进器运行了30多分钟, 但 Marshall 引擎能启动. SERT I 首次在太空中演示了电力推进。
1964年, 考夫曼被任命为离子物理分部的负责人, 并开始计划对他的推进器 SERT II 进行第二次太空演示. SERT II 使用了两个太阳能汞离子轰击推进器. Lewis 对推进器进行了一系列测试, 包括长期性能. 虽然 SERT II 于1970年2月初次发射任务没有达到预期能够持续6个月的时间, 但工程师们在 1973年重新启动引擎, 而后, 工程师们操作推进器长达八年并且能重新启动数百次.
在此期间, 电磁推进部门不仅提高了考夫曼推进器的离子加速, 生成, 效率和预期寿命, 而且还开发了替代电动推进器. 考夫曼于 1968年被任命为该部门的副部长, 并在 1971年获得科罗拉多州立大学 (CSU) 的博士学位.
考夫曼博士和他的推进器在这一时期得到了广泛认可. 美国航空航天学 (AIAA) 于 1969年授予他 James H. Wyld 推进奖, 其推进器于 1970年获得 IR 100奖 (R&D 100 奖的前身)，而且考夫曼于 1971年获得 NASA 的杰出服务奖.
NASA 的预算在 1960年代末和 1970年代初迅速减少, 特别是对于开发周期较长的项目, 例如电力推进. 电磁推进部门在 1972年的组织重组中解散. 考夫曼博士在新的宇宙飞船技术部门担任了两年的副部长, 电力推进只是其中几个部门之一, 并于 1974年6月退休, 在 NASA 服务长达23年.
考夫曼博士随后接受了 CSU 物理和机械工程系的教职, 并重新开始研究. 他后来说: “我很自豪, 当了 15 年的经理后, 我仍然有能力自己研究. ” 考夫曼博士任从 1978年职于物理系从 1984年退休.
在他的学术生涯中, 考夫曼博士意识到其他人正在探索离子轰击技术的替代应用. 他接受了 IBM的邀请, 为薄膜应用调整电子束. 这项技术的发展让他兴奋不已. 他后来声称在研究的前两个月期间, 平均每周就能获得一项成果. 一位同事断言, 在 IBM公司中, 考夫曼博士拥有较多成果.
考夫曼博士将他的离子源广泛应用于离子清洗, 离子蚀刻, 离子注入和离子溅射等领域. 历经 40 年改良及发展考夫曼公司已取得 100多项成果, 提供各种型号的霍尔型离子源和考夫曼离子源. 伯东公司是美国考夫曼离子源大中华地区总代理.
从 CSU退休后, 考夫曼博士成立了 KRI, Kaufman & Robinson, Inc. 以继续他的研究工作, 其中包括发明了霍尔离子源, 这是当今工业中使用的大多数无栅离子源的基础. 考夫曼博士目前是科罗拉多州柯林斯堡 CSU 的名誉教授, 并经营 Kaufman and Robinson, Inc.
与此同时, 美国太空总署的研究人员继续研发并改善应用于太空推进的考夫曼推进器, 最后, 于 1990年代, NASA Lewis 与喷气推进实验室合作开发出 NASA Solar Electric Power Technology Application Readiness ( NSTAR ) 推进器. NASA 于1998年使用 NSTAR 推进器为其宇宙飞船 Deep Space I 提供动力. 这是一艘使用离子推进器作为主要推进系统的宇宙飞船.
NSTAR 还为宇宙飞船 2007 Dawn 提供动力, 此宇宙飞船目前正在探索小行星带中的大型物体. 此后, 该中心开发了一个更强大的版本 -- 美国太空总署的进化氙气推进器 ( NEXT ) . 这些应用都是源自考夫曼博士 1960年代初期的发明.
考夫曼博士的离子推进器是 NASA 有史以来影响深远的技术之一. 根植于考夫曼的工作, Glenn 研究人员继续改进这项技术, 并开发新一代长效的宇航技术.
2018年1月 Harold Kaufman 博士逝世, 纵观其一生, 不论是航空航天还是民用技术的实际应用, Kaufman 博士从没有停止对离子技术的不断创新和发展, 他所创立的考夫曼公司已经取得 100项成果技术并继续秉承其对创新和质量的承诺, 不断前行！
参考链接：https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/glenn/glenn-history/harold-kaufman/
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