Če boste leteli v vesolje, potrebujete neke vrste pogonski sistem. Nova tehnologija potiskanja, imenovana Helicon Double Layer Thruster, bi lahko bila s svojim gorivom še učinkovitejša. Izumiteljica je dr. Christine Charles z avstralske nacionalne univerze v Canberri.
Poslušajte intervju: Prototip potiska plazme (5,5 MB)
Ali pa se naročite na Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Ali mi lahko daste nekaj o tehnologiji potiskov, ki ste jo izumili?
Dr. Christine Charles: V redu, ta potisnik se imenuje HDLT, kar pomeni Helicon Double Layer Thruster in je nov tip uporabe plazemskih potisnikov pri potovanjih v vesolje. Ozadje je naše strokovno znanje na področju plazemskih tehnologij, vesoljske plazme, obdelave plazme za obdelavo površin in različnih drugih aplikacij.
Fraser: Torej, najljubši motor vesoljskega raziskovanja v teh dneh je ionski motor, ki je pokazal precej dobre zmogljivosti kot motor z varčnim izkoristkom. Kako se motor, ki ga delate, nanaša na ionski motor? Ali lahko ljudem daste nekaj konteksta?
Dr Charles: Da, obstaja nekaj skupnih vidikov in nekaj zelo različnih vidikov. Prvič, ionski motor je bil uspešno razvit zadnjih 50 let - ne vem. Zdaj je precej dobro razvit. Toda HD potisnik ima nekaj zanimivih prednosti. Prvič, ne uporablja nobenih elektrod. Torej v ionskem motorju imate vrsto mrež za pospeševanje iona. Torej naš potisnik nima elektrod, imamo nov tip pospeševalnega mehanizma, ki mu rečemo dvojni sloj. Zato mu pravimo HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Nima elektrod, kar pomeni, da ima dolgo življenjsko dobo, ker nimate elektrode. In drugi, res pomemben vidik je, če pogledate naprave, kot so ionski motorji, ti oddajajo ione. Torej morate imeti zunanji vir elektronov za nevtralizacijo teh ionov, in to ponavadi storite tako, da imate na strani druge potisne naprave drugo napravo, ki se imenuje votla katodna naprava. V bistvu imate dve napravi na ionskem motorju. In pogosto zato, ker se bojijo, da te votle katodne naprave ne bodo uspele, nanje stavijo dve, da podaljšajo življenjsko dobo. Toda v HDLT dejansko oddajamo plazmo, ki v sebi vsebuje nadzvočni ionski žarek. Tako imamo nadzvočni ionski žarek, ki je glavni vir potiska, ko izstopa iz potiska, imamo pa tudi plazmo, ki oddaja ravno toliko elektronov, da nevtralizira snop. Torej ne potrebujemo te zunanje naprave, ki je nevtralizator. To je zelo dobro, saj lahko zagotavlja varnost in preprostost - ni gibljivih delov - zato HDLT naredi zelo privlačen za zelo globoko potovanje v vesolje; dolga življenjska doba. In še ena prednost je, da ker uporabljamo drugi koncept, imenovan helikonska plazma, je zelo učinkovit način prenosa električne energije v napolnjene delce v plazmi. To pomeni, da lahko dobimo res goste plazme z veliko ioni in lahko povečamo moč. Tako lahko verjetno dosežemo do 100 kilovatov. To še ni bilo storjeno v prototipu, ker je bil naš prvi prototip le 1 kilovat. Toda drugi poskusi kažejo, da lahko s svojo vrsto plazme res povečamo moč in to naredimo z ionskim motorjem, v bistvu pa je glavna stvar, da ko greš nad nekaj kilovatov, moraš imeti gručo potiski.
Torej bi rekel, da so za HDLT res zgodnji dnevi, vendar so glavne prednosti povečana življenjska doba, preprostost, razširljivost in varnost. In je tudi zelo varčen, kar je zelo dobro.
Fraser: Glede na zmogljivosti ionski motorji lahko potisnejo težo kosa papirja, vendar lahko to počnejo leta in leta ter vzpostavijo potisk. Pravite, da bi lahko pritisnili več?
Dr. Charles: Trenutno so ionski motorji zagotovo najboljši v smislu potiska, kilovatni. In prototip HDLT, ki je samo koncept in ima manj kot 1 kilovat, se ne ujema s potiskom. Če vzamete primer ionskega motorja, ima običajno 100 milijonov newtonov za en kilovat. Trenutno govorimo verjetno 3-5 krat manj, vendar morate videti, da nismo imeli 20 let razvoja. Zgodnji so dnevi in tehnologijo lahko zagotovo izboljšamo.
Fraser: In potem, kot zdaj razumem, je Evropska vesoljska agencija izbrala tehnologijo in opravila nekaj internih testiranj. In kako je šlo za njih?
Dr. Charles: V redu, imeli so nekaj projektov. Prva stvar je, da smo imeli v Avstraliji nepovratna sredstva od finančne agencije, in to v obdobju 2004-2005. In zasnovali in izdelali smo prvi prototip HDLT, ki smo ga na ESA pripeljali aprila lani in smo ga testirali mesec dni. Finančna sredstva smo imeli omejeno, zato je nismo mogli preizkušati več kot mesec dni. In to je pokazalo, da so vsi vidiki potisnika delovali brezhibno. Toda preizkusili smo vse moči, ki smo jih lahko, in imeli smo različne pritiske na plin itd. Nismo imeli diagnostike, ki bi jo potrebovali za merjenje potiska, zato nismo vedeli, kakšen je dejansko potisk. Potisk, ki ga imamo, je tisto, kar lahko izmerimo iz ionskega žarka v Avstraliji - to je še treba storiti. In temelji na tem zelo novem konceptu dvojnega sloja, o katerem smo morali prepričati ljudi. ESA je menila, da je res zanimiva, zato so se odločili za neodvisno študijo, s katero bodo potrdili učinek dvoslojne plasti. To je osnovni koncept potiska; mehanizem za pospeševanje. Zdaj moramo resnično videti, o čem gre.
Kaj je dvojni sloj? Lahko si samo predstavljate, da je kot reka in da naenkrat dno reke pade dol, tako da nastane slap. Potem imate te ione, ki padejo pod ta slap, in pospešite, nato pa se povežite z raketo z veliko hitrostjo izpušnih plinov. Torej je dvojna plast potencialni padec plazme. Zelo zanimivo je, da v HDLT nimamo elektrod; plazma se ravno odloči za to z uporabo določenega magnetnega polja, ki je magnetna steklenica ali šoba. In to je vse. Torej je kot imeti slap brez črpanja vode skozi. Torej, to je osnovni koncept.
ESA je imela to neodvisno študijo, da je potrdila koncept dvojnega sloja. Ste videli zadnje sporočilo za javnost?
Fraser: Ja, imam.
Dr Charles: Tako je obstajala zadnja študija Avstralije. Imamo prvi prototip in pokazali smo nekatere vidike; čeprav potisk še ni bil izmerjen v vesoljski simulacijski komori. ESA je tudi potrdila koncept za potisnikom, ki je ta koncept dvoslojne. Torej, trenutno smo tam.
Fraser: Torej, za katere vrste misij bi bil po vašem mnenju HDLT potisnik boljši?
Dr Charles: To morajo biti resnično dolgoročne misije, kjer boste prisiljeni iti počasi, a za dolgo časa. In ima tudi ta lep varnostni vidik. Lahko se uporablja za vesoljski polet s posadko. Torej gre za misije v globokih vesoljih ali za odhod na Mars ... take stvari.
Fraser: Vidim. Mislim, da je ena njegovih glavnih prednosti to, da ima manj gibljivih delov - delov, ki bi se lahko pokvarili.
Dr. Charles: In to lahko povečate na moči, kar je tudi pomembno. Nasa je naredila simulacijo, kakšno vrsto energije bi morali poslati ljudem na Mars, in to v območju megavatov. Torej boste morali imeti moč. Morali boste tudi povečati svoje potisnike. Za opravljanje dela morajo imeti možnost, da delujejo pod velikimi močmi. NASA je pokazala, da bi lahko, če bi imeli ustrezen plazemski potisk ali plazemsko raketo, lahko skrajšali čas do Marsa, ker če uporabljate plazemsko tehnologijo, lahko uporabite geodetske usmeritve. Če uporabljate kemični pogon, boste imeli bolj podobno balistični poti. Tako lahko na primer zmanjšate čas potovanja na Mars.
Fraser: Kateri so naslednji koraki za vaše raziskave?
Dr. Charles: Pa, počnemo različne stvari vzporedno. Še vedno zelo močno delamo na dvojnem sloju, ker gre za zelo lepo fiziko, ki ima vse vrste drugih aplikacij za avroro ali pospeševanje sončnega vetra itd. Tu imamo tudi novo simulacijsko vesoljsko komoro Avstralska nacionalna univerza. In prototip, ki se je vrnil iz podjetja ESA, smo postavili v to prostorsko simulacijsko komoro. In začeli bomo poskušati izmeriti potisno tehtnico in druge načine, verjetno od januarja 2006. In lahko se zgodijo še druge novice, ne vem. Bomo videli, kako gre. Vsekakor bomo v to temo vložili veliko truda. Zelo je fascinantno, ker veliko ljudi zanima rezultat.
Informacije o potisnikih HDLT iz ANU
