Jos aiot lentää avaruudessa, tarvitset jonkinlaista käyttövoimajärjestelmää. Uusi työntöteknologia, nimeltään Helicon Double Layer Thruster, voisi olla polttoaineellaan vielä tehokkaampi. Keksijä on tri Christine Charles Canberran Australian kansallisesta yliopistosta.
Kuuntele haastattelu: Plasma Thruster Prototype (5,5 MB)
Tai tilaa Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Voitko antaa minulle taustaa keksimästäsi työntöteknologiasta?
Dr. Christine Charles: Okei, tätä ohjainta kutsutaan HDLT: ksi, joka tarkoittaa Heliconin kaksikerroksista ohjainta, ja se on uudentyyppinen plasmapotkuri, joka soveltuu syvään avaruuteen. Taustana on asiantuntemuksemme plasmateknologioista, avaruusplasmasta, plasmakäsittelystä pintojen käsittelemiseksi ja moniin muihin sovelluksiin.
Fraser: Joten, avaruustutkimusryhmän suosikki moottori on nykyään ionimoottori, joka on osoittanut melko hyvää suorituskykyä polttoainetaloudellisena moottorina. Kuinka moottori, jonka parissa työskentelet, liittyy ionimoottoriin? Voitko antaa ihmisille jonkinlaisen kontekstin?
Dr. Charles: Kyllä, on joitain yleisiä ja joitain hyvin erilaisia näkökohtia. Joten ensin ionimoottori on onnistuneesti kehitetty menneisyyteen - en tiedä - noin 50 vuotta. Se on melko hyvin kehittynyt nyt. Mutta HD-ohjaimella on mielenkiintoisia etuja. Ensinnäkin siinä ei käytetä mitään elektrodeja. Joten ionimoottorissa sinulla on sarja ruudukkoja ionin kiihdyttämiseksi. Joten potkurissamme ei ole elektrodeja, meillä on uuden tyyppinen kiihdytysmekanismi, jota kutsumme kaksikerroksiseksi. Siksi kutsumme sitä HDLT: ksi Helicon Double Layer Thruster. Siinä ei ole elektrodeja, joten se on pitkä käyttöikä, koska sinulla ei ole elektrodien eroosiota. Ja toinen, todella tärkeä näkökohta on, että jos tarkastellaan laitteita, kuten ionimoottorit, ne lähettävät ioneja. Joten sinulla on oltava ulkoinen elektronilähde näiden ionien neutraloimiseksi, ja se tehdään yleensä siten, että potkurin sivulla on toinen laite, jota kutsutaan onttokatodilaitteeksi. Itse asiassa sinulla on kaksi laitetta ionimoottorissa. Ja usein koska he pelkäävät näiden onttojen katodilaitteiden rikkoutumista, he panivat kaksi niistä pidentämään käyttöikää. Mutta HDLT: ssä säteilemme tosiasiassa plasmaa, joka sinänsä sisältää yliäänisen ionisuihkun. Joten meillä on yliääninen ionisuihku, joka on tärkein työntövoiman lähde, kun se poistuu potkurista, mutta meillä on myös plasma, joka emittoi juuri tarpeeksi elektroneja säteen neutraloimiseksi. Joten emme tarvitse tätä ulkoista laitetta, joka on neutraloija. Se on erittäin hyvä, koska se voi tarjota turvallisuuden ja yksinkertaisuuden - siinä ei ole liikkuvia osia - joten se tekee HDLT: stä varsin houkuttelevan erittäin syvälle avaruusmatkalle; pitkä käyttöikä. Ja toinen etu on se, että koska käytämme toista konseptia nimeltään helikonplasma, se on erittäin tehokas tapa siirtää sähköä plasman varautuneisiin hiukkasiin. Tämä tarkoittaa, että voimme saada todella tiheitä plasmoja, joissa on paljon ioneja, ja voimme skaalata voimaa. Joten voimme todennäköisesti mennä jopa 100 kilowattia. Tätä ei ole vielä tehty tässä prototyypissä, koska ensimmäinen prototyyppimme oli vain 1 kilowatti. Mutta muut kokeet ovat viitanneet siihen, että plasmatyypillämme voimme todella suurentaa voimaa, ja tehdä se ionimoottorilla, pääasiassa pääasia on, että kun siirryt muutaman kilowatin yläpuolelle, sinulla on oltava klusteri ohjauspotkureita.
Joten sanoisin, että HDLT: llä on todella varhaista alkua, mutta tärkeimmät edut ovat lisääntynyt käyttöikä, yksinkertaisuus, skaalautuvuus ja turvallisuus. Ja se on myös melko polttoainetaloudellinen, mikä on erittäin hyvä.
Fraser: Suorituskyvyn kannalta ionimoottorit voivat poistaa paperin painon työntövoiman, mutta ne voivat tehdä sen vuosia ja vuosia ja rakentaa työntövoimaa. Sanot, että voisit antaa enemmän työntövoimaa?
Dr. Charles: Ionimoottorit ovat tällä hetkellä ehdottomasti parhaat työntövoiman suhteen kilowatteina. Ja HDLT-prototyyppi, joka on vain konsepti ja alle 1 kilovatti, ei vastaa työntövoimaa. Jos otat esimerkiksi ionimoottorin, siinä on tyypillisesti 100 milli newtonia yhtä kilowattia kohti. Puhumme tällä hetkellä todennäköisesti 3–5 kertaa vähemmän, mutta sinun täytyy nähdä, että meillä ei ole ollut 20 vuoden kehitystä. On varhaista päivää, ja voimme varmasti parantaa tekniikkaa.
Fraser: Ja niin kuin ymmärrän nyt, Euroopan avaruusjärjestö on poiminut tekniikan ja tekee joitain sisäisiä testauksia. Ja miten heille menivät?
Dr. Charles: Okei, heillä oli muutama projekti. Ensimmäinen asia on, että meillä oli Australiassa apuraha rahoituslaitokselta, ja se tapahtui vuosina 2004-2005. Suunnittelimme ja valmistimme ensimmäisen HDLT-prototyypin, jonka toimme ESA: han viime huhtikuussa ja jota testimme kuukauden ajan. Meillä oli rajallinen rahoitus, joten emme voineet testata sitä yli kuukauden. Ja tämä osoitti, että potkurin kaikki näkökohdat toimivat moitteettomasti. Mutta testimme kaikki voimat, jotka pystyimme, ja meillä oli erilaisia kaasupaineita jne. Meillä ei ollut diagnostiikkaa, jota tarvitsimme työntövoiman mittaamiseen, joten emme tienneet, mikä todellinen työntövoima oli. Meillä oleva työntövoima on se, mitä voimme mitata ionisäteestä Australiassa - se on vielä tehtävä. Ja se perustuu tähän hyvin uuteen kaksoiskerroksen konseptiin, josta meidän piti vakuuttaa ihmiset. Ja ESA piti siitä todella mielenkiintoista, joten he olivat päättäneet tehdä riippumattoman tutkimuksen kaksikerroksisen vaikutuksen validoimiseksi. Se on potkurin perusajatus; kiihtyvyysmekanismi. Joten nyt meidän on todella nähdä, mistä tässä on kyse.
Mikä on kaksikerros? Voit vain kuvitella, se on kuin joki ja yhtäkkiä joen pohja putoaa alas niin, että syntyy vesiputous. Sitten sinulla on näitä ioneja, jotka putoavat alas tästä vesiputous, kiihtyvät ja sitten yhdistyvät rakettiin suurella pakokaasunopeudella. Joten kaksikerros on potentiaalinen pudotus plasmassa. On erittäin mielenkiintoista, että HDLT: ssä meillä ei ole elektrodeja; plasma päättää vain tehdä tämän käyttämällä tiettyä magneettikenttää, joka on magneettinen pullo tai suutin. Ja siinä kaikki. Joten se on kuin vesiputous ilman pumppaa vettä läpi. Joten tämä on peruskonsepti.
Joten ESA: lla oli tämä riippumaton tutkimus validoidakseen kaksoiskerroksen käsite. Oletko nähnyt viimeisimmän lehdistötiedotteen?
Fraser: Kyllä, minulla on.
Dr. Charles: Joten siellä oli tämä Australian viimeisin tutkimus. Meillä on ensimmäinen prototyyppi ja olemme osoittaneet joitain näkökohtia; vaikka työntövoimaa ei ole vielä mitattu avaruussimulaatiotilassa. Ja ESA on myös validoinut potkurin takana olevan konseptin, joka on tämä kaksikerroksinen konsepti. Joten siinä olemme tällä hetkellä.
Fraser: Joten millaisiin tehtäviin luulet HDLT-potkurin olevan parempi?
Dr. Charles: Sen on oltava todella pitkän aikavälin matkoilla, joissa joudut menemään hitaasti, mutta pitkään. Ja sillä on myös tämä mukava turvallisuusnäkökohta. Sitä voidaan käyttää miehitettyihin avaruuslentoihin. Joten se on todella syväavaruusoperaatioissa tai Marsille menossa ... sellaisissa asioissa.
Fraser: Näen. Luulen, että yksi sen tärkeimmistä eduista on, että siinä on vähemmän liikkuvia osia - osia, jotka voivat rikkoutua.
Dr. Charles: Ja se voidaan skaalata vallassa, mikä on myös tärkeää. NASA on simuloinut, minkä tyyppistä tehoa tarvitset ihmisten lähettämiseen Marsiin, ja se on megawattialueella. Joten sinulla on oltava voimaa. Sinun on kyettävä myös skaalaamaan potkurisi. Heidän on kyettävä toimimaan suuren voiman avulla tehdäkseen työn. Se, mitä NASA teki, osoittaa, että jos sinulla voisi olla oikea plasmapotkuri tai plasmarakettia, voisit lyhentää Marsiin menemistä, koska jos käytät plasmateknologiaa, voit käyttää geodeettisia suuntaviivoja. Jos käytät kemiallista työntövoimaa, sinulla on enemmän kuin ballistinen suunta. Joten voit vähentää aikamatkaa esimerkiksi Marsiin.
Fraser: Mitkä ovat seuraavat askeleet tutkimuksellesi?
Dr. Charles: No, teemme erilaisia asioita samanaikaisesti. Työskentelemme edelleen erittäin vahvasti itse kaksikerroksessa, koska tämä on erittäin mukava fysiikka, jolla on kaikenlaisia muita sovelluksia auroraan tai auringon tuulen kiihtyvyyteen jne. Meillä on myös uusi avaruuden simulointikammio täällä Australian kansallinen yliopisto. Ja olemme asettaneet prototyypin, joka on palannut ESA: sta, siihen avaruuden simulointikammioon. Ja aiomme yrittää mitata työntövoiman tasapainoa ja muita tapoja, todennäköisesti tammikuusta 2006. Ja saattaa olla, että tapahtuu muita uutisia, en tiedä. Katsotaan miten se menee. Pyrimme ehdottomasti paljon vaivaa tähän aiheeseen. Se on erittäin kiehtovaa, koska monet ihmiset ovat kiinnostuneita tuloksesta.
HDLT-ohjaimen tiedot ANU: lta
