Ha repülni akar az űrben, szüksége van valamilyen meghajtórendszerre. A Helicon Double Layer Thruster nevű új tolóerő-technológia még hatékonyabb lehet üzemanyagával. A feltaláló Dr. Christine Charles, a kanberrai Ausztrál Nemzeti Egyetem.
Hallgassa meg az interjút: Plazmadaru prototípus (5,5 MB)
Vagy iratkozz fel a Podcastra: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Tudna-e adni nekem néhány hátteret a kitalált technológiáról?
Dr. Christine Charles: Rendben, ezt a hevedert HDLT-nek hívják, amely a Helicon kettős rétegű hajtóművet jelenti, és ez egy új típusú plazmadaru alkalmazó a mély űrutazásban. A háttér hátterében a plazma technológiákkal, az űrplazmával, a felületek kezelésére szolgáló plazmafeldolgozással és számos más alkalmazásunkkal kapcsolatos tapasztalataink állnak.
Fraser: Tehát a manapság az űrkutatási készlet kedvenc motorja az ionmotor, amely üzemanyag-hatékony motorként meglehetősen jó teljesítményt mutatott. Hogyan kapcsolódik a motor, amelyen dolgozik, egy ionmotorhoz? Tudsz adni az embereknek valamilyen összefüggést?
Dr. Charles: Igen, vannak néhány közös és nagyon eltérő szempont. Tehát először az ionmotorot sikeresen fejlesztették ki a múltban - nem tudom - körülbelül 50 évvel ezelőtt. Meglehetősen jól fejlett. De a HD tolómérnöknek van néhány érdekes előnye. Először is, nem használ elektródákat. Tehát az ionmotorban egy sor rács van az ion felgyorsítására. Tehát a lökhárítónknak nincsenek elektródái, van egy új típusú gyorsítási mechanizmus, amelyet dupla rétegnek hívunk. Ezért hívjuk HDLT-nek: Helicon Double Layer Thruster. Nincsenek elektródái, tehát hosszú élettartamú, mert nincs elektród eróziója. És egy második, igazán fontos szempont az, ha olyan eszközöket nézünk meg, mint az ionhajtómotorok, ezek ionokat bocsátanak ki. Tehát szükség van egy külső elektronforrásra az ionok semlegesítésére, és általában ezt úgy kell megtenni, hogy a lökhárító oldalán van egy második eszköz, amelyet üreges katódos eszköznek hívnak. Valójában két eszköz van egy ionmotoron. És gyakran attól tartva, hogy ezek az üreges katódos készülékek meghibásodhatnak, kettőt tettek az élettartamuk megnövelésére. De a HDLT-ben valójában egy plazmát bocsátunk ki, amely önmagában tartalmaz egy szuperszonos ion sugarat. Tehát van a szuperszonikus ionnyaláb, amely a tolóerő fő forrása, amikor kilép a lökhárítóból, de van olyan plazma, amely éppen annyi elektronot bocsát ki, hogy semlegesítse a sugárt. Tehát nincs szükségünk erre a külső eszközre, amely a semlegesítő. Ez nagyon jó, mert biztonságot és egyszerűséget nyújthat - nincsenek mozgó alkatrészek -, így a HDLT-t nagyon vonzóvá teszi a nagyon mély űrutazáshoz; hosszú élettartam. És egy másik előnye az, hogy mivel egy második, helikon plazmának nevezett koncepciót használunk, ez nagyon hatékony módja annak, hogy a villamos energiát a plazma töltött részecskéire továbbítsuk. Ez azt jelenti, hogy nagyon sűrű plazmákat kaphatunk sok ionnal, és méretezhetjük a hatalmat. Tehát valószínűleg eléri a 100 kilowattot is. Ezt egy prototípusban még nem tették meg, mert az első prototípusunk csak 1 kilovatt volt. De más kísérletek azt sugallták, hogy a plazma típusunkkal valóban méretezhetõ a hatalom, és ionos motorral ezt megtehetjük, alapvetõen az a lényeg, hogy ha néhány kilovatt fölé haladunk, akkor egy tolóerő.
Tehát azt mondanám, hogy a HDLT-nél nagyon korai napok vannak, de a fő előnyei a megnövekedett élettartam, egyszerűség, méretezhetőség és biztonság. És ez is nagyon üzemanyag-takarékos, ami nagyon jó.
Fraser: A teljesítmény szempontjából az ionmotorok ki tudják állítani egy darab papír súlyát, ám évekig és évekig meg tudják csinálni, és megteremtik a tolóerőt. Azt mondod, hogy nagyobb nyomást tudsz kifejteni?
Dr. Charles: Jelenleg az ionmotorok a nyomaték szempontjából határozottan a legjobb a kilowatt-értéken. És a HDLT prototípus, amely csak koncepció, és 1 kilowatt alatt van, nem felel meg a tolóerőnek. Ha egy ionmotor motorját példázzuk, akkor általában 100 milli newtonnal rendelkezik egy kilovattért. Valószínűleg 3-5-szer kevesebbet beszélünk jelenleg, de látnod kell, hogy nem volt 20 éves fejlődésünk. Már a korai napok, és minden bizonnyal javíthatjuk a technológiát.
Fraser: És ahogy most értem, az Európai Űrügynökség felvette a technológiát, és elvégzi a házon belüli teszteket. És hogy ment nekik?
Dr. Charles: Oké, volt néhány projektük. Az első dolog az, hogy Ausztráliában egy támogatási ügynökség kapott támogatást, és ez 2004-2005 között volt. Megterveztük és gyártottuk az első HDLT prototípust, amelyet tavaly áprilisban hoztunk az ESA-ba, és amelyet egy hónapig teszteltünk. Korlátozott volt a finanszírozás, tehát egy hónapnál hosszabb ideig nem tudtuk kipróbálni. És ez azt mutatta, hogy a rámpa minden szempontjából tökéletesen működött. De mindent megvizsgáltunk, amennyit csak tudtunk, és különböző gáznyomásaink voltak, stb. Nem volt a diagnosztika, amelyre szükségünk volt a tolóerő méréséhez, tehát nem tudtuk, mi a tényleges tolóerő. Az az erő, amit meg tudunk mérni az ausztráliai ionnyalábról - ezt még meg kell tenni. És a kettős réteg ezen nagyon új koncepcióján alapul, amelyben meg kellett győznünk az embereket. Az ESA szerint ez igazán érdekes, ezért úgy döntöttek, hogy független tanulmányt készítenek a kettős réteg hatásának validálására. Ez a hajtómű mögött rejlő alapvető koncepció; a gyorsítási mechanizmus. Tehát most valóban meg kell látnunk, miről van szó.
Mi a kettős réteg? El tudod képzelni, olyan, mint egy folyó, és a folyó meder hirtelen leesik, hogy vízesés alakuljon ki. Akkor ezek az ionok leesnek ezen a vízesésen, felgyorsulnak, majd nagy kipufogási sebességgel kapcsolódnak a rakétahez. A kettős réteg tehát potenciális csepp a plazmában. Nagyon érdekes, hogy a HDLT-ben nincsenek elektródák; a plazma csak úgy dönt, hogy ezt megteszi egy bizonyos mágneses mező használatával, amely egy mágneses üveg vagy fúvóka. És ennyi. Tehát olyan, mintha egy vízesés lenne, anélkül, hogy átpumpálná a vizet. Tehát ez az alapkoncepció.
Az ESA-nak tehát volt ez a független tanulmány a kettős réteg koncepciójának validálására. Láttad a legfrissebb sajtóközleményt?
Fraser: Igen, van.
Dr. Charles: Szóval ott volt ez a legújabb Ausztrália tanulmány. Megvan az első prototípus, és bemutattunk néhány szempontot; bár a tolóerőt még nem mérték egy űrszimulációs kamrában. Az ESA validálta a lökhárító mögött meghúzódó koncepciót is, ez a kétrétegű koncepció. Szóval itt vagyunk abban a pillanatban.
Fraser: Tehát milyen feladatokra gondolja, hogy a HDLT tolóerõ jobb lenne?
Dr. Charles: Valóban hosszú távú küldetéseknek kell lennie, ahol lassan, de hosszú ideig kénytelenek vagytok elmenni. És ennek is van ez a szép biztonsági szempont. Lehetősége van arra, hogy emberes űrrepülésekre lehessen felhasználni. Tehát valóban mély űrben történő kiküldetésre vagy Marsra megy ... hasonló dolgok.
Fraser: Látom. Azt hiszem, itt az egyik fő előnye, hogy kevésbé mozgó alkatrészekkel rendelkezik - olyan alkatrészekkel, amelyek elbomlanak.
Dr. Charles: És ez növelhető a hatalomban, ami szintén fontos. A NASA szimulációt készített arról, hogy milyen típusú erőre van szüksége az emberek Marsba küldéséhez, és ez a megawatt tartományban van. Szóval rendelkeznie kell hatalommal. Önnek képesnek kell lennie a tolóerő méretezésére is. A munka elvégzéséhez nagy hatalom alatt kell működniük. A NASA tette: megmutatja, hogy ha van megfelelő plazmadugattyúja vagy plazmarakéta, akkor lerövidítheti a Marsra való eljutás idejét, mert ha plazmatechnológiát használ, akkor geodéziai pályákat is használhat. Ha kémiai meghajtást használ, akkor jobban hasonlít a ballisztikus pályára. Így csökkentheti például a Marsra való utazást.
Fraser: Szóval mi a következő lépés a kutatáshoz?
Dr. Charles: Nos, különféle dolgokat csinálunk párhuzamosan. Még mindig nagyon erőteljesen dolgozunk magán a kettős rétegen, mert ez egy nagyon szép fizika, amelynek mindenféle más felhasználása van az auróra, vagy a napenergia szélgyorsulására stb. Van itt egy új helyszimulációs kamra is a Ausztrál Nemzeti Egyetem. És felhelyeztük a prototípust, amely visszatért az ESA-tól, az űrszimulációs kamrába. És valószínűleg 2006 januárjától kezdjük megpróbálni mérni a tolóerőt és más módon. És lehet, hogy más hírek is történnek, nem tudom. Látni fogjuk, hogy megy. Határozottan sok erőfeszítést fogunk tenni ebben a témában. Nagyon izgalmas, mert sok ember érdekli az eredményt.
A HDLT Thruster információk az ANU-tól
