Odkrycie napędu plazmowego może zapoczątkować „nową erę eksploracji kosmosu”

Naukowcy twierdzą, że być może odkryli rozwiązanie problemu, który od dawna hamował postęp w nowej formie napędu plazmowego, który pewnego dnia mógłby przenosić ludzi na odległe planety, być może rozpoczynając nową erę eksploracji kosmosu.

Dwuwarstwowy silnik helikonu (HDLT) to prototyp plazmowego układu napędowego, który działa poprzez wtryskiwanie gazu do otwartej rury, w której energia prądu przemiennego o częstotliwości radiowej generowana przez otaczającą ją antenę elektromagnetycznie jonizuje gaz. W tej wysoce naładowanej plazmie występuje prąd elektromagnetyczny o niskiej częstotliwości fala helikonu Wzbudzany przez pole elektromagnetyczne anteny, dodatkowo podgrzewając plazmę.

Te pędniki z „dyszami magnetycznymi” przyspieszają wytwarzaną przez siebie plazmę w celu wytworzenia ciągu dla statku kosmicznego, reprezentując formę napędu elektrycznego o wielu potencjalnych zastosowaniach w projektowaniu statków kosmicznych. Jednakże, podczas gdy naturalnie występujące przepływy plazmy w polach magnetycznych są często wyzwalane lub „znokautowane” – jak w przypadku wyrzutów koronalnych ze Słońca – uzyskanie takiego samego zachowania plazmy w laboratorium jest trudniejsze.

Częściowo jest to spowodowane faktem, że linie pola magnetycznego tworzą zamknięte pętle, co wymaga oddzielenia mechanizmu przepływu plazmy od dyszy magnetycznej w celu wystąpienia ciągu. Chociaż jony łatwo się odrywają ze względu na duży promień obrotu, tego samego nie można powiedzieć o namagnesowanych elektronach, których pola elektryczne wychwytują jony i przywracają je do struktury ciągu, niwelując wytwarzanie jakiegokolwiek rzeczywistego ciągu.

Teraz naukowcy z Tohoku University i Australian National University twierdzą, że zgłosili eksperymentalną demonstrację transmisji elektronów przez pola do krateru magnetycznego w wyniku wzbudzenia fal magnetoakustycznych. Rezultatem wydaje się pomyślne zmniejszenie rozbieżności rozszerzającej się plazmy, oprócz neutralizacji rozdzielonych jonów; Wyniki stanowią potencjalny przełom w przezwyciężaniu przewlekłego problemu plazmaferezy.

Profesor Christine Charles, wynalazczyni dwuwarstwowego silnika helikonowego i jedna ze współautorów najnowszego badania zespołu, rozmawiała z ekstrakcja o wpływie, jaki ich odkrycie może mieć na poprawę wydajności HDLT, szczególnie w odniesieniu do rozwoju przyszłych systemów lotów kosmicznych.

„W eksperymentach laboratoryjnych dysza magnetyczna i przepływ plazmy zostały zakończone ścianą komory próżniowej” – powiedział dr Charles. ekstrakcja. Wewnątrz komory próżniowej nie można uzyskać zamkniętych linii pola magnetycznego ze względu na jej ograniczone rozmiary”.

Jednakże, kiedy strumienie plazmy zderzają się ze ścianami komory próżniowej, mówi Charles, pęd wytworzony przez pędnik kończy się tam, powodując równą, ale przeciwną siłę reakcji wywieraną na pędnik.

„Tak więc nadal nie wiemy, co się stanie, jeśli przetestujemy to w nieskończonej przestrzeni” – powiedział Charles. ekstrakcja. Jednak nowe badania zespołu są obiecujące, ponieważ w ich ostatnich obserwacjach laboratoryjnych wykazano, że elektrony zachowują się zupełnie inaczej niż w poprzednich stanach, powodując problem separacji plazmy.

„W laboratorium obecny eksperyment zaskakująco pokazuje sygnał, który powoduje oderwanie elektronu od krateru magnetycznego” – powiedział Charles. ekstrakcja.

Zwykle, gdy elektrony zostają namagnesowane, powoduje to, że ich orbita jest związana liniami pola magnetycznego. Jednak w swoich ostatnich eksperymentach Charles mówi, że transport elektronów do wewnątrz „przyczynia się do odchylenia orbity elektronu od linii pola magnetycznego”.

„Ponieważ kierunek transportu elektronów jest taki sam jak w przypadku jonów, elektrony rozproszone w polu mogą neutralizować jony oderwane od linii pola magnetycznego” – powiedział Charles. ekstrakcja.

„Dlatego te wyniki ustanawiają prawidłowy scenariusz separacji plazmy od krateru magnetycznego” – mówi.

HDLT, który pierwotnie opierał się na technologiach opracowanych przez Roda W. Boswella, również współautora artykułu, wykorzystuje kombinację przyspieszającego pola elektrycznego i nie wymaga korektora. Sprawiają one, że jest użyteczny jako środek Pchnięcie plazmychociaż nadal istnieją problemy, które mogą ograniczać szybkość implementacji HDLT w rzeczywistych systemach lotów kosmicznych.

„Istnieje jeszcze wiele wyzwań inżynieryjnych, które należy rozwiązać, aby opracować model lotu, takich jak system częstotliwości radiowej, projekt termiczny, wytrzymałość i żywotność” – powiedział Charles. ekstrakcja.

„Pracujemy w środowisku uniwersyteckim, które jest bardziej odpowiednie dla modeli napędowych. Aby ten masywny układ napędowy nadawał się do użytku w kosmosie, będziemy potrzebować partnerów z przemysłu i/lub agencji kosmicznej.”

Na szczęście NASA w przeszłości wyrażała zainteresowanie współpracą z Charlesem i Laboratorium Badawczym Plazmy na Australijskim Uniwersytecie Narodowym. Podczas gdy chemiczny napęd rakietowy pozostaje obecnym standardem w podróżach kosmicznych w XXI wieku ze względu na imponujący ciąg, jaki generuje, tempo spalania paliw chemicznych jest nadal znacznie mniej wydajne niż systemy napędu plazmowego. Ponadto niższe częstotliwości określonych impulsów zmniejszają maksymalną prędkość osiągalną przez chemiczny napęd rakietowy, zwiększając w ten sposób czas potrzebny do podróży w kosmosie przy użyciu tej metody napędu, co szczególnie komplikuje wszelkie potencjalne załogowe misje kosmiczne na pobliskie planety. I odwrotnie, plazmowe układy napędowe mogą temu zaradzić, zapewniając szybsze i wydajniejsze loty kosmiczne.

„Oczywiście chcielibyśmy jak najszybciej opracować model lotu” – powiedział Charles. ekstrakcjaA biorąc pod uwagę obecne cele NASA polegające na sprowadzeniu ludzi na Marsa w nadchodzących latach, technologie takie jak HDLT mogą pomóc w urzeczywistnieniu tego w nadchodzących dziesięcioleciach.

Niedawny artykuł Charlesa i jej zespołu, „Wave-inward Electron Transport in a Magnetic Crater”, napisany przez głównego autora Kazunori Takahashi i współautora Roda Boswella, został opublikowany w Raporty naukowe i Można go przeczytać w Internecie.

Micah Hanks jest redaktorem naczelnym i współzałożycielem The Debrief. Kontynuuj pracę nad micahhanks.com Oraz na Twitterze: @pracownik.