Perinteisiä kemiallisia raketteja käyttämällä matka Marsiin kestää nopeimmin 6 kuukautta. Ad Astra Rocket Company testasi plasmarakettia, nimeltään VASIMR VX-200, joka toimi 201 kilowatilla tyhjiökammiossa ohittaen 200 kilovoltin merkinnän ensimmäistä kertaa. "Se on tällä hetkellä maailman tehokkain plasmarakettia", sanoo NASA: n entinen astronautti ja Ad Astra: n toimitusjohtaja Franklin Chang-Diaz. Yhtiö on myös allekirjoittanut sopimuksen NASA: n kanssa 200 kilowatin VASIMR-moottorin testaamisesta kansainvälisellä avaruusasemalla vuonna 2013.
ISS-testit antaisivat ajoittaisia korotuksia avaruusasemalle, joka laskee korkeudessa vähitellen ilmakehän vedon vuoksi. ISS-lisäyksiä tarjoavat tällä hetkellä avaruusalukset, joissa on perinteiset potkurit, jotka kuluttavat noin 7,5 tonnia ponneainetta vuodessa. Leikkaamalla tämä määrä 0,3 tonniin, Chang-Diaz arvioi, että VASIMR voisi säästää NASA: lla miljoonia dollareita vuodessa.
Viime viikolla tehty testi oli ensimmäinen kerta, kun yrityksen VASIMR-rakettimoottorin pienimuotoinen prototyyppi on näytetty täydellä teholla.
Plasma- tai ionimoottorit käyttävät radioaaltoja lämmittämään kaasuja, kuten vetyä, argonia ja neonia, jolloin muodostuu kuuma plasma. Magneettiset kentät pakottavat ladatun plasman ulos moottorin takaosasta tuottaen työntövoiman vastakkaiseen suuntaan.
Ne tarjoavat paljon vähemmän työntövoimaa tietyllä hetkellä kuin kemialliset raketit, mikä tarkoittaa, etteivät he pysty vapautumaan maan painosta yksinään. Lisäksi ionimoottorit toimivat vain tyhjiössä. Mutta kerran avaruudessa ne voivat antaa jatkuvan työn vuosien ajan, kuten purjeveneen työntävän tuulen, kiihtyen vähitellen, kunnes ajoneuvo liikkuu nopeammin kuin kemialliset raketit. Ne tuottavat vain kiloa työntövoimaa, mutta tilassa, joka riittää siirtämään 2 tonnia lastia.
Mahdollisen nopean nopeuden takia polttoainetta tarvitaan vähemmän kuin perinteisissä moottoreissa.
Tällä hetkellä Dawn-avaruusalus, matkalla asteroideihin Ceres ja Vesta, käyttää ionikäyttöä, jonka avulla se voi kiertää Vestaa, lähteä ja suunnata Ceresiin. Tämä ei ole mahdollista tavanomaisissa raketeissa. Lisäksi avaruusionimoottoreilla on kymmenenkertainen nopeus kemiallisissa raketeissa.
Raketin työntövoima mitataan newtonissa (1 newtoni on noin 1/4 puntaa). Erityinen impulssi on tapa kuvata rakettimoottorien tehokkuutta, ja se mitataan ajassa (sekunteina). Se edustaa impulssia (vauhdin muutos) ponneaineen yksikköä kohti. Mitä korkeampi ominaisimpulssi, sitä vähemmän ponneainetta tarvitaan tietyn määrän vauhdin saamiseksi.
Dawn-moottorien ominaisimpulssi on 3100 sekuntia ja työntövoima 90 mNwwtons. Avaruusaluksen kemiallisen raketin työntövoima voi olla enintään 500 newtonia ja ominaisimpulssi alle 1000 sekuntia.
VASIMR: ssä on 4 työntövoimaa (0,9 paunaa) newtonia, joiden ominaisimpulssi on noin 6 000 sekuntia.
VASIMR: llä on kaksi tärkeää lisäominaisuutta, jotka erottavat sen muista plasmakäyttöjärjestelmistä. Sillä on kyky muuttaa pakokaasuparametreja (työntövoima ja ominaisimpulssi) optimaalisesti vastaamaan tehtävän vaatimuksia. Tästä seuraa alhaisin matkan aika ja suurin hyötykuorma tietylle polttoainekuormalle.
Lisäksi VASIMR: llä ei ole fysikaalisia elektroodeja, jotka ovat kosketuksessa plasmaan, pidentäen moottorin käyttöikää ja mahdollistaen suuremman tehotiheyden kuin muissa malleissa.
Jotta matka Marsiin tapahtuu 39 päivässä, 10 - 20 megawatin VASIMR-moottorin ionimoottori olisi kytkettävä ydinvoimaan, jotta ihmisen siirtymäajat dramaattisesti lyhentyisivät planeettojen välillä. Mitä lyhyempi matka, sitä vähemmän aikaa astronautit altistuvat avaruussäteilylle ja mikropainoiselle ympäristölle, jotka molemmat ovat merkittäviä esteitä Marsin operaatioille.
Moottori toimisi ampumalla jatkuvasti lennon ensimmäisellä puoliskolla kiihtymistä varten, kääntämällä sitten avaruusaluksen hidastamiseksi toiselle puoliskolle. Lisäksi VASIMR voisi sallia keskeytyksen maapallolle, jos ongelmat kehittyisivät operaation varhaisessa vaiheessa, mikä ei ole tavanomaisten moottorien käytettävissä.
VASIMR voitaisiin myös mukauttaa käsittelemään robottioperaatioiden korkeita hyötykuormia ja kuljettamaan lastimatkoja erittäin suurella hyötykuorman massaosuudella. Matka-ajat ja hyötykuormamassa ovat tavanomaisten ja ydinlämpörakettien suurimpia rajoituksia niiden luontaisesti alhaisen ominaisimpulssin takia.
Chang-Diaz on työskennellyt VASIMR-konseptin kehittämisessä vuodesta 1979, ennen kuin hän perusti Ad Astraan vuonna 2005 kehittämään hanketta.
Lähde: PhysOrg
