NASA早期阶段的“创新先进概念”（NIAC）计划近日提供了一项新的研究资助，目标是研发一款名为SPARK的球形飞行机器人，用于探索土星卫星泰坦表面的洞穴地貌。该项目全称为“用于喀斯特地貌自主侦察的固态推进系统”，由夏威夷大学马诺阿分校助理教授Daniel Drew担任项目负责人。
泰坦是太阳系中与地球环境最为接近的天体之一，其表面遍布由甲烷、乙烷等碳氢化合物形成的河流、湖泊和海洋，并拥有独特的喀斯特地貌，包括地下天坑和洞穴。普通探测车难以在这样的地表环境中自由行动，而飞行器则可能更好地适应这一挑战。SPARK项目旨在研发体积小巧的飞行器，利用新型离子（电）推进器实现对泰坦洞穴的自主侦察。
据Daniel Drew介绍，SPARK目前刚刚启动为期9个月的第一阶段资助项目，之后还需完成最长两年的第二阶段研究，项目才会进入更现实的发射准备阶段。与此同时，NASA的“蜻蜓”（Dragonfly）任务计划于2028年发射。如果该任务出现延期，SPARK未来加入任务后期阶段的可能性将随之增加。Drew表示，无论最终何时发射，SPARK都有望凭借其离子推进器在泰坦上取得良好表现，这种设计能够提供持续飞行能力、机动性以及应对近低温环境的可靠性，同时尽可能减少下洗气流对具有科研价值的碳氢化合物分层结构的扰动。
离子推进技术采用电流体动力学（EHD）原理，属于固态推进系统，具备良好的可扩展性、几乎完全无噪音且结构简单的特点。Daniel Drew从在加州大学伯克利分校读研究生期间便开始研究该技术，曾首次展示微加工EHD执行器，并实现厘米级离子飞行器的起飞及搭载有效载荷。他近期发表的一篇论文介绍了首款采用离子推进的微型悬浮飞行器的设计和起飞，该论文已发布在预印本平台arXiv上。
在第一阶段研究期间，Drew及其合作伙伴——包括NASA喷气推进实验室的Ethan Schaler、Jacob Izraelevitz以及蓝色大理石空间科学研究所的Michael Malaska——将针对电力供应等关键因素对不同子系统展开权衡研究，确定最值得优先投入资源的环节，同时建立模型研究热效应对电力系统的影响。团队在整个研究结束时将提交一份全面且公开的报告。
Drew指出，EHD推进技术未来也可能应用于泰坦之外的领域，例如全电动飞机、室内无人机以及微型飞行器集群等。但他同时表示，该技术的实际应用范围存在限制，其最大弱点是效率不高，除非出现重大技术突破，否则在绝大多数地球应用场景中难以与传统推进方式竞争。Drew希望SPARK能够成为泰坦洞穴探索任务的先驱，类似于火星上的Ingenuity直升机，后者最终完成了72次飞行，远超任务设计时的目标。
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