Kui soovite lennata kosmoses, vajate mingit tõukejõusüsteemi. Uus tõukejõu tehnoloogia, mida nimetatakse Helicon Double Layer Thruster, võiks oma kütusega veelgi tõhusam olla. Leiutaja on dr Christine Charles Austraalia Riiklikust ülikoolist Canberras.
Kuulake intervjuud: Plasma tõukejõu prototüüp (5,5 MB)
Või tellige Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: kas te saaksite anda mõne ülevaate leiutatud tõukejõu tehnoloogia kohta?
Dr Christine Charles: Olgu, seda tõukeseadet nimetatakse HDLT-ks, mis tähistab Heliconi topeltkihiga tõukejõudu, ja see on uut tüüpi plasma-tõukejõu rakendus sügaval kosmosereisil. Taustaks on meie teadmised plasmatehnoloogia, kosmoseplasma, pindade töötlemiseks mõeldud plasma töötlemise ja paljude muude rakenduste alal.
Fraser: Niisiis on kosmoseuuringute komplekti lemmikmootor tänapäeval ioonmootor, mis on kütusesäästliku mootorina näidanud üsna häid tulemusi. Kuidas on teie töötav mootor ioonmootoriga seotud? Kas oskate inimestele konteksti anda?
Dr Charles: Jah, on olemas mõned ühised ja mõned väga erinevad aspektid. Niisiis, kõigepealt on ioonmootor edukalt välja töötatud viimase aja jooksul - ma ei tea - umbes 50 aastat. See on nüüd üsna hästi arenenud. Kuid HD-tõukuril on huvitavaid eeliseid. Esiteks ei kasuta see ühtegi elektroodi. Nii et ioonmootoris on teil ioonide kiirendamiseks rida võresid. Nii et meie tõmburil pole elektroode, meil on uut tüüpi kiirendusmehhanism, mida kutsume topeltkihiks. Seetõttu kutsume seda HDLT-ks: Helicon Double Layer Thruster. Sellel pole elektroode, nii et see tähendab pikka kasutusiga, kuna teil pole elektroodide erosiooni. Ja teine, väga oluline aspekt on see, et kui vaadata seadmeid nagu ioonmootorid, siis nad eraldavad ioone. Niisiis, nende ioonide neutraliseerimiseks peab teil olema väline elektronide allikas. Üldiselt tehakse seda, kui põrkeraua küljes on teine seade, mida nimetatakse õõneskatoodiks. Tegelikult on teil ioonmootoril kaks seadet. Ja sageli, kuna nad kardavad, et need õõnsad katoodiseaded võivad tõrkuda, panid nad eluea pikendamiseks kaks neist kokku. Kuid HDLT-s kiirgame tegelikult plasmat, mis juba iseenesest sisaldab üleheliheli ioonkiirt. Nii et meil on ülehelikiirne ioonkiir, mis on peamine tõukejõu allikas, kui see väljub põrkerauast, kuid meil on ka plasma, mis kiirgab just elektronide kiirgust neutraliseerida. Seega pole meil vaja seda välist seadet, mis oleks neutraliseerija. See on väga hea, kuna see pakub turvalisust ja lihtsust - puuduvad liikuvad osad - seega muudab HDLT üsna süvakosmosereisides üsna atraktiivseks; pikk kasutusiga. Ja veel üks eelis on see, et kuna me kasutame teist kontseptsiooni, mida nimetatakse helikonplasmaks, on see väga tõhus viis elektrienergia edastamiseks plasma laetud osakestesse. See tähendab, et võime saada väga tiheda hulga ioonidega plasmasid ja võime võimsust suurendada. Seega võime arvatavasti minna kuni 100 kilovatti. Seda pole siin prototüübis veel tehtud, sest meie esimene prototüüp oli kõigest 1 kilovatti. Kuid muud katsed on näidanud, et seda tüüpi plasmaga saame võimsust tõesti suurendada ja ioonmootoriga seda teha. Põhimõtteliselt on peamine see, et kui lähete üle mõne kilovatti, peab teil olema klaster tõukejõud.
Nii et ma ütleksin, et HDLT jaoks on see tõesti algusaeg, kuid peamised eelised on suurenenud tööiga, lihtsus, mastaapsus ja ohutus. Ja see on ka üsna kütusesäästlik, mis on väga hea.
Fraser: Jõudluse poolest võivad ioonmootorid välja panna paberitüki raskuse, kuid nad saavad seda teha aastaid ja aastaid ning tekitada tõukejõudu. Kas te ütlete, et võiksite rohkem tõukejõudu välja panna?
Dr Charles: Praegu on ioonmootorid tõukejõu osas kilovattide osas kindlasti parimad. Ja HDLT prototüüp, mis on lihtsalt kontseptsioon ja alla 1 kilovatti, ei vasta tõukejõule. Kui võtta näiteks ioonmootor, on sellel tavaliselt 100 kilo njuutonit ühe kilovatti kohta. Me räägime praegu ilmselt 3–5 korda vähem, kuid peate nägema, et meil pole 20 aastat arenenud. On alguspäevi ja me saame seda tehnoloogiat kindlasti täiustada.
Fraser: Ja nagu ma nüüd aru saan, on Euroopa Kosmoseagentuur selle tehnoloogia valinud ja teeb mõned ettevõttesisesed testid. Ja kuidas nende jaoks läinud on?
Dr Charles: Olgu, neil oli paar projekti. Esimene asi on see, et meil oli Austraalias rahastusagentuuri stipendium ja see toimus aastatel 2004–2005. Ja me kavandasime ja valmistasime esimese HDLT prototüübi, mille tõime ESA-sse eelmise aasta aprillis ja mida testisime kuu aega. Rahastamine oli piiratud, nii et me ei saanud seda üle kuu aja testida. Ja see näitas, et tõukejõu kõik aspektid töötasid suurepäraselt. Kuid me kontrollisime kõiki võimeid, mida me suutsime, ja meil olid erinevad gaasirõhud jne. Meil ei olnud tõukejõu mõõtmiseks vajalikku diagnostikat, seega ei teadnud me, milline oli tegelik tõukejõud. Austraalias on ioonkiire abil mõõdetav tõukejõud - seda tuleb veel teha. Ja see põhineb sellel väga uuel topeltkihi kontseptsioonil, mille osas pidime inimesi veenma. Ja ESA arvas, et see on tõesti huvitav, nii et nad otsustasid teha kahekihilise efekti valideerimiseks sõltumatu uuringu. See on tõukejõu põhikontseptsioon; kiirendusmehhanism. Nii et nüüd peame tõesti nägema, millest see räägib.
Mis on kahekihiline? Võite vaid ette kujutada, see on nagu jõgi ja järsku kukub jõe säng alla, nii et tekib juga. Siis on teil ioonid, mis langevad sellest juga alla, kiirenevad ja ühendatakse seejärel suure heitgaasikiirusega raketiga. Seega on kahekordne kiht potentsiaalne plasma langus. Väga huvitav on see, et HDLT-s pole meil ühtegi elektroodi; plasma lihtsalt otsustab seda teha, kasutades selleks teatud magnetvälja, milleks on magnetiline pudel või otsik. Ja see on ka kõik. Nii et see on nagu juga ilma vett läbi pumbamata. Nii et see on põhikontseptsioon.
ESA-l oli see sõltumatu uuring topeltkihi kontseptsiooni valideerimiseks. Kas olete näinud viimast pressiteadet?
Fraser: Jah, mul on.
Dr Charles: Niisiis oli see Austraalia viimane uuring. Meil on esimene prototüüp ja oleme demonstreerinud mõnda aspekti; kuigi tõukejõudu ei ole kosmosesimulatsioonikambris veel mõõdetud. Ja ESA on valideerinud ka tõukejõu kontseptsiooni, mis on see kahekihiline kontseptsioon. Nii see on, kus me praegu oleme.
Fraser: Milliste missioonide jaoks oleks teie arvates HDLT tõukejõud parem?
Dr Charles: See peab olema tõesti pikaajaliste missioonide jaoks, kus olete sunnitud minema aeglaselt, kuid pikaks ajaks. Ja sellel on ka see kena ohutuse aspekt. Seda saab kasutada mehitatud kosmoselendude jaoks. Nii et see on tõesti süvakosmose missioonide jaoks või Marsile minekuks ... niimoodi.
Fraser: Ma näen. Ma arvan, et üks selle peamisi eeliseid on see, et sellel on vähem liikuvaid osi - osi, mis võivad laguneda.
Dr Charles: Ja seda saab võimul suurendada, mis on samuti oluline. NASA on simuleerinud, millist tüüpi võimsust vajaksite inimeste Marsile saatmiseks, ja see on megavati vahemikus. Nii et teil peab olema võim. Peate saama ka oma tõukejõude skaleerida. Nad peavad saama tööd teha suure jõu all. See, mida NASA tegi, näitab, et kui teil oleks korralik plasmatuulutaja või plasmarakett, võiksite Marsile mineku aega lühendada, sest kui kasutate plasmatehnoloogiat, võite kasutada geodeetilisi trajektoore. Kui kasutate keemilist tõukejõudu, on teil rohkem nagu ballistiline trajektoor. Nii saate vähendada näiteks Marsile mineku aega.
Fraser: Mis on teie uurimistöö järgmised sammud?
Dr Charles: Noh, me teeme paralleelselt erinevaid asju. Me töötame endiselt väga tugevalt topeltkihi enda kallal, kuna see on väga tore füüsika, millel on igasuguseid muid rakendusi aurora jaoks või päikesetuule kiirendus jne. Meil on siin ka uus kosmose simulatsioonikamber Austraalia Riiklik Ülikool. Ja kosmosesimulatsiooni kambrisse on paigaldatud prototüüp, mis on ESA-st tagasi. Ja me hakkame tõukejõu tasakaalu ja muid viise mõõtma hakata tõenäoliselt 2006. aasta jaanuarist. Ja võib juhtuda, et toimub ka muid uudiseid, ma ei tea. Vaatame, kuidas läheb. Kindlasti teeme selle teema nimel palju pingutusi. See on väga põnev, sest paljud inimesed on tulemustest huvitatud.
Teave HDLT tõukejõu kohta ANU-st
