Ak budete lietať vo vesmíre, potrebujete nejaký pohonný systém. Nová technológia ťahania nazývaná Helicon Double Layer Thruster by mohla byť s palivom ešte efektívnejšia. Christine Charles z austrálskej národnej univerzity v Canberre je vynálezca.
Vypočujte si rozhovor: Plazmový thrusterový prototyp (5,5 MB)
Alebo sa prihláste na odber podcastu: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Môžete mi dať nejaké pozadie o technológii ťahu, ktorú ste vymysleli?
Dr. Christine Charles: Dobre, tento thruster sa nazýva HDLT, čo znamená Helicon Double Layer Thruster, a je to nový typ aplikácie plazmového thrusteru do hlbokého vesmíru. Pozadie je naša odbornosť v oblasti plazmových technológií, vesmírnej plazmy, spracovania plazmy na ošetrenie povrchov a rôznych ďalších aplikácií.
Fraser: Takže obľúbeným motorom v oblasti prieskumu vesmíru v súčasnosti je iónový motor, ktorý preukázal pomerne dobrý výkon ako motor s nízkou spotrebou paliva. Ako súvisí motor, na ktorom pracujete, s iónovým motorom? Môžete ľuďom dať nejaký kontext?
Charles: Áno, existujú niektoré spoločné aspekty a niektoré veľmi odlišné aspekty. Takže najprv bol iónový motor úspešne vyvinutý v minulosti - neviem - asi 50 rokov. Teraz je to celkom dobre vyvinuté. Ale HD thruster má niekoľko zaujímavých výhod. Po prvé, nepoužíva žiadne elektródy. Takže v iónovom motore máte sériu mriežok na urýchlenie iónu. Takže náš pohonný systém nemá elektródy, máme nový typ mechanizmu zrýchlenia, ktorý nazývame dvojitou vrstvou. Preto to nazývame HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Nemá elektródy, to znamená, že má dlhú životnosť, pretože nemáte eróziu elektród. Druhým, naozaj dôležitým aspektom je, že keď sa pozriete na zariadenia, ako sú iónové motory, emitujú ióny. Aby ste tieto ióny neutralizovali, musíte mať vonkajší zdroj elektrónov, a to sa vo všeobecnosti robí tak, že druhé zariadenie sa nachádza na boku plynového pedála, ktorý sa nazýva duté katódové zariadenie. V skutočnosti máte na iónovom motore dve zariadenia. A často sa obávajú, že tieto zariadenia s dutými katódami by mohli zlyhať, aby si predĺžili životnosť, nasadili dve z nich. Ale v HDLT skutočne emitujeme plazmu, ktorá sama osebe obsahuje nadzvukový iónový lúč. Máme teda nadzvukový iónový lúč, ktorý je hlavným zdrojom ťahu, keď opúšťa pohonný plyn, ale máme aj plazmu, ktorá emituje len dosť elektrónov na neutralizáciu lúča. Nepotrebujeme teda toto externé zariadenie, ktoré je neutralizátorom. Je to veľmi dobré, pretože to môže zaistiť bezpečnosť a jednoduchosť - neexistujú žiadne pohyblivé časti - takže je HDLT celkom atraktívny pre veľmi hlboké vesmírne cestovanie; dlhá životnosť. Ďalšou výhodou je, že pretože používame druhý koncept nazývaný helicon plazma, je to veľmi efektívny spôsob prenosu elektriny do nabitých častíc v plazme. To znamená, že môžeme získať skutočne husté plazmy s množstvom iónov a môžeme zväčšiť výkon. Takže pravdepodobne pôjdeme do 100 kilowattov. V prototype sa tak ešte nestalo, pretože náš prvý prototyp bol iba 1 kilowatt. Iné experimenty však naznačujú, že s naším typom plazmy môžeme skutočne zvýšiť výkon a urobiť to pomocou iónového motora, v podstate je hlavnou vecou to, že keď idete nad niekoľko kilowattov, musíte mať zhluk trysky.
Takže by som povedal, že pre HDLT sú naozaj prvé dni, ale hlavnými výhodami sú predĺžená životnosť, jednoduchosť, škálovateľnosť a bezpečnosť. A je tiež veľmi úsporná, čo je veľmi dobré.
Fraser: Pokiaľ ide o výkon, iónové motory dokážu potlačiť ťah hmotnosti papiera, ale dokážu to roky a roky a zvyšujú ťah. Hovoríte, že by ste sa mohli viac sústrediť?
Charles: V súčasnosti sú iónové motory v prípade ťahu kilowattov určite najlepšie. Prototyp HDLT, ktorý je iba konceptom a do 1 kilowattu, nezodpovedá ťahu. Ak vezmeme príklad iónového motora, zvyčajne má na jeden kilowatt 100 miliárd newtonov. V súčasnosti hovoríme pravdepodobne 3 až 3 krát menej, musíte však vidieť, že sme nemali 20 rokov vývoja. Je začiatok, a určite môžeme túto technológiu vylepšiť.
Fraser: A potom, ako už teraz rozumiem, Európska vesmírna agentúra prevzala technológiu a vykonáva interné testovanie. A ako to pre nich platí?
Charles: Dobre, mali niekoľko projektov. Prvá vec je, že v Austrálii sme dostali grant od agentúry poskytujúcej financovanie, a to v rokoch 2004-2005. Navrhli sme a vyrobili prvý prototyp HDLT, ktorý sme priniesli do ESA minulý rok v apríli a ktorý sme testovali mesiac. Mali sme obmedzené financovanie, takže sme ich nemohli otestovať dlhšie ako mesiac. A to ukázalo, že všetky aspekty rakety fungovali dokonale. Testovali sme však všetky sily, ktoré sme mohli, a mali sme rôzne tlaky plynu atď. Nemali sme diagnostiku, ktorú sme potrebovali na meranie ťahu, takže sme nevedeli, čo je skutočný ťah. Myšlienka, ktorú máme, je to, čo môžeme zmerať z iónového lúča v Austrálii - stále sa musí urobiť. A vychádza z tohto úplne nového konceptu dvojvrstvovej vrstvy, o ktorom sme museli ľudí presvedčiť. ESA sa domnievala, že je to skutočne zaujímavé, a preto sa rozhodli mať nezávislú štúdiu na potvrdenie dvojvrstvového účinku. Je to základný koncept, ktorý stojí za hnacím motorom; mechanizmus zrýchlenia. Takže teraz musíme skutočne vidieť, o čo ide.
Čo je dvojitá vrstva? Môžete si len predstaviť, že je ako rieka a zrazu dno rieky spadne, takže sa vytvorí vodopád. Potom máte tieto ióny, ktoré padajú z tohto vodopádu a zrýchlia sa a potom sa spoja s raketou veľkou rýchlosťou výfukového plynu. Dvojitá vrstva je teda potenciálnym poklesom plazmy. Veľmi zaujímavé je, že v HDLT nemáme žiadne elektródy; plazma sa to jednoducho rozhodne urobiť pomocou určitého magnetického poľa, ktorým je magnetická fľaša alebo dýza. A to je všetko. Je to ako mať vodopád bez toho, aby pretekalo vodu. Toto je základný koncept.
ESA tak mala túto nezávislú štúdiu na potvrdenie koncepcie dvojitej vrstvy. Videli ste poslednú tlačovú správu?
Fraser: Áno, mám.
Charles: Takže tu bola posledná štúdia Austrálie. Máme prvý prototyp a demonštrovali sme niektoré aspekty; ťah však ešte nebol zmeraný v komore na simuláciu vesmíru. ESA tiež potvrdila koncepciu, ktorá stojí za hnacou silou, čo je táto koncepcia dvojvrstvovej technológie. Tak to sme práve teraz.
Fraser: Takže pre aké misie si myslíš, že by bolo lepšie, keby bol thruster HDLT lepší?
Charles: Musí ísť o skutočne dlhodobé misie, na ktorých ste nútení ísť pomaly, ale na dlhú dobu. A má aj tento pekný bezpečnostný aspekt. Môže sa použiť na vesmírny let s posádkou. Takže je to naozaj pre vesmírne misie alebo ísť na Mars ... také veci.
Fraser: Vidím. Myslím, že jednou z jeho hlavných výhod je, že má menej pohyblivé časti - časti, ktoré by sa mohli rozpadnúť.
Charles: A môže sa zväčšiť pri moci, čo je tiež dôležité. NASA urobila simuláciu toho, aký druh energie by ste potrebovali, aby ste poslali ľudí na Mars, a je v rozsahu megawattov. Takže budete musieť mať moc. Budete musieť byť schopní rozšíriť aj svoje pohonné jednotky. Aby mohli túto prácu vykonávať, musia byť schopní pracovať pod veľkou mocou. NASA urobil to, že ukázal, že ak by ste mohli mať správny plazmový raketa alebo plazmovú raketu, mohli by ste skrátiť čas na Mars, pretože ak používate plazmovú technológiu, môžete použiť geodetické trajektórie. Ak používate chemický pohon, budete mať skôr balistickú trajektóriu. Môžete tak napríklad skrátiť čas cestovania na Mars.
Fraser: Aké sú ďalšie kroky pre váš výskum?
Charles: Nuž, robíme rôzne veci súčasne. Stále veľmi silno pracujeme na samotnej dvojitej vrstve, pretože ide o veľmi pekný druh fyziky, ktorý má všetky ďalšie aplikácie na polárnu žiaru alebo slnečné zrýchlenie atď. Máme tu tiež novú komoru na simuláciu vesmíru. Austrálska národná univerzita. A prototyp, ktorý je späť z ESA, sme namontovali do tejto vesmírnej simulačnej komory. A začneme sa snažiť zmerať rovnováhu ťahu a iné spôsoby, pravdepodobne od januára 2006. A možno sa objavia aj ďalšie správy, neviem. Uvidíme, ako to chodí. Na túto tému určite vynaložíme veľké úsilie. Je to veľmi fascinujúce, pretože veľa ľudí sa zaujíma o výsledok.
HDLT Thruster Informácie od ANU
