考夫曼離子源創始人 Dr. Harold Kaufman
考夫曼離子源創始人 Dr. Harold Kaufman
2016年, 美國 NASA 宇航局將 KRI 創始人 Dr.Harold Kaufman 博士列入葛籣研究中心名人堂, 作為離子推進技術的開拓者, Harold Kaufman 博士被授予葛籣研究中心名人堂的榮譽並被讚揚 “他發明了一種實驗性航太硬體系統, 不僅在測試中得到了驗證, 且現今廣泛運用於太空飛行.” Harold Kaufman 博士發明的離子推進器是該中心有史以來最具影響力和影響深遠的技術之一, 基於 Harold Kaufman 博士的研究基礎, 葛籣研究人員將繼續改進這項技術, 開發下一代長時間太空飛行能力的推進器.
考夫曼離子源創始人 Harold Kaufman 考夫曼博士于 1926年出生於美國愛荷華州奧多邦, 但在伊利諾州埃文斯頓長大. 二戰期間, 他在海軍接受了電氣工程師培訓. 然而, 戰後, 他決定在西北大學攻讀機械工程學位.
1951年畢業後不久, 他加入了 NACA Lewis 研究中心, 最初致力於研究航空推進相關議題, 例如: 後燃器冷卻和液態氫用於噴氣發引擎中的實驗使用. 60 年代 Kaufman 博士發明了電子轟擊離子推進器並以他的名字命名為考夫曼推進器. 1969 年美國航空航太學會 AIAA 授予他 James H. Wyld 推進獎, 1970 年考夫曼推進器贏得了 IR 100 (前身研發 100 獎), 1971 年考夫曼博士獲得美國宇航局傑出服務獎, 1974 年6月退休, Harold Kaufman 博士為 NASA 服務整整 23年！
從 NASA 退休後, Harold Kaufman 博士並沒有停止創新和研究, 他接受了加州大學物理系和機械工程系的教職, 重新回到研究領域.直到 1984年退休, 並成立 Kaufman & Robinson,Inc 公司, 開始研發生產適合民用的霍爾離子源, 其研發的霍爾型離子源是目前工業上使用的大多數無柵級離子源的基礎！廣泛應用於離子清洗, 離子蝕刻, 離子注入和離子濺射等領域. 歷經 40 年改良及發展考夫曼公司已取得 100多項專利, 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中國總代理.
1957年蘇聯發射人造衛星後, NACA 成為新的 NASA 美國太空總署的一部分, 該中心進行了重組, 並專注於與太空相關的問題. 電力推進涉及離子推進器, 它產生帶電等離子體並將其作為推力排出. 其實這個概念並不新鮮, 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 設計了這種推進器的任務應用, 開始建造真空測試設施, 並成立了電磁推進部門, 以探索一系列使用於太空飛行的多種電力推進.
1958年, 考夫曼博士被重新分配到新的電磁推進部門. 他最初被指示使用 Manfred Von Ardenne 的雙電漿管設計推進器, 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裡研究等離子體物理學和在低電壓下產生高電流的方法, 在 Lewis Machine Shop 反復試驗後, 考夫曼決定自己設計推進器. 電子轟擊推進器 (考夫曼推進器) 應運而生.
考夫曼的引擎蒸發了液態汞, 然後被電子轟擊以產生更多的電子和離子. 帶負電的電場和帶正電的螢幕將離子作為推力向後拉出引擎. 推進器在 Lewis 真空設施中進行了廣泛的測試, 得到了優異結果.
1960年, 考夫曼和他的同事開始計畫太空電動火箭試驗 (SERT I), 以在太空中測試推進器. SERT I 太空船於1964年7月發射, 還包括在 NASA Marshall 太空飛行中心設計的另類推進器. 考夫曼的推進器運行了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。
1964年, 考夫曼被任命為離子物理分部的負責人, 並開始計畫對他的推進器 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. Lewis 對推進器進行了一系列測試, 包括長期性能. 雖然 SERT II 於1970年2月初次發射任務沒有達到預期能夠持續6個月的時間, 但工程師們在 1973年重新開機引擎, 而後, 工程師們操作推進器長達八年並且能重新啟動數百次.
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, 生成, 效率和預期壽命, 而且還開發了替代電動推進器. 考夫曼於 1968年被任命為該部門的副部長, 並在 1971年獲得科羅拉多州立大學 (CSU) 的博士學位.
考夫曼博士和他的推進器在這一時期得到了廣泛認可. 美國航空航太學 (AIAA) 於 1969年授予他 James H. Wyld 推進獎, 其推進器於 1970年獲得 IR 100獎 (R&D 100 獎的前身)，而且考夫曼於 1971年獲得 NASA 的傑出服務獎.
NASA 的預算在 1960年代末和 1970年代初迅速減少, 特別是對於開發週期較長的專案, 例如電力推進. 電磁推進部門在 1972年的組織重組中解散. 考夫曼博士在新的太空船技術部門擔任了兩年的副部長, 電力推進只是其中幾個部門之一, 並於 1974年6月退休, 在 NASA 服務長達23年.
考夫曼博士隨後接受了 CSU 物理和機械工程系的教職, 並重新開始研究. 他後來說: “我很自豪, 當了 15 年的經理後, 我仍然有能力自己研究. ” 考夫曼博士任從 1978年職於物理系從 1984年退休.
在他的學術生涯中, 考夫曼博士意識到其他人正在探索離子轟擊技術的替代應用. 他接受了 IBM的邀請, 為薄膜應用調整電子束. 這項技術的發展讓他興奮不已. 他後來聲稱在研究的前兩個月期間, 平均每週就能獲得一項專利. 一位同事斷言, 在 IBM公司中, 考夫曼博士擁有最多專利.
考夫曼博士將他的離子源廣泛應用於離子清洗, 離子蝕刻, 離子注入和離子濺射等領域. 歷經 40 年改良及發展考夫曼公司已取得 100多項專利, 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總代理.
從 CSU退休後, 考夫曼博士成立了 KRI, Kaufman & Robinson, Inc. 以繼續他的研究工作, 其中包括發明了霍爾離子源, 這是當今工業中使用的大多數無柵離子源的基礎. 考夫曼博士目前是科羅拉多州柯林斯堡 CSU 的名譽教授, 並經營 Kaufman and Robinson, Inc.
與此同時, 美國太空總署的研究人員繼續研發並改善應用於太空推進的考夫曼推進器, 最後, 於 1990年代, NASA Lewis 與噴氣推進實驗室合作開發出 NASA Solar Electric Power Technology Application Readiness ( NSTAR ) 推進器. NASA 於1998年使用 NSTAR 推進器為其太空船 Deep Space I 提供動力. 這是第一艘使用離子推進器作為主要推進系統的太空船.
NSTAR 還為太空船 2007 Dawn 提供動力, 此太空船目前正在探索小行星帶中的大型物體. 此後, 該中心開發了一個更強大的版本 -- 美國太空總署的進化氙氣推進器 ( NEXT ) . 這些應用都是源自考夫曼博士 1960年代初期的發明.
考夫曼博士的離子推進器是 NASA 有史以來影響最深遠的技術之一. 根植於考夫曼的工作, Glenn 研究人員繼續改進這項技術, 並開發新一代長效的宇航技術.
2018年1月 Harold Kaufman 博士逝世, 縱觀其一生, 不論是航空航太還是民用技術的實際應用, Kaufman 博士從沒有停止對離子技術的不斷創新和發展, 他所創立的考夫曼公司已經取得 100項專利技術並繼續秉承其對創新和品質的承諾, 不斷前行！
參考連結：http://www.nasa.gov/feature/dr-harold-r-kaufman
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