211service.com
En mer effektiv romfartøysmotor
NASA-ingeniører er ferdige med å teste et nytt ionefremdriftssystem for jord-bane og interplanetariske romfartøyer. Systemet er kraftigere og mer drivstoffeffektivt enn sine forgjengere, noe som gjør det mulig å reise lenger enn noen gang før.
Ionekraft: NASAs nye ionefremdriftssystem gjennomgår testing ved Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, CA.
Ionefremdrift fungerer ved å lade, eller ionisere, en gass elektrisk ved å bruke strøm fra solcellepaneler og sende ut den ioniserte gassen for å drive romfartøyet i motsatt retning. Konseptet ble først utviklet for over 50 år siden, og det første romfartøyet som brukte teknologien var Deep Space 1 ( DS1 ) i 1998. Siden den gang har det bare vært noen få andre ikke-kommersielle romfartøyer som har brukt ionefremdrift: NASAs Dawn misjon til det ytre solsystemet, lansert i 2007; det japanske prøveoppdraget for asteroide i dype rom, kalt Hayabusa , lansert i 2003; og European Space Agency lanserte SMART-1 romfartøyet i 2003, styrtet det på månen i 2006. (Det er mange kommersielle kommunikasjonssatellitter som bruker ion-thrustere.)*
Å bygge det nye ionefremdriftssystemet under NASAs Evolutionary Xenon Thruster ( NESTE ) program, ingeniører ved NASA Glenn forskningssenter i Cleveland, OH, endret og forbedret utformingen av motorene som ble brukt til DS1 og Dawn. Vi gjorde det fysisk større, men lettere, reduserte systemets kompleksitet for å forlenge levetiden, og totalt sett forbedret effektiviteten, sier Michael Patterson, hovedetterforsker på prosjektet.
Patterson presenterte et papir som beskrev motoren på Felles fremdriftskonferanse og utstilling holdt denne uken i Denver. Han sier at teamet hans kan begynne å bygge en oppdragsklar versjon av motoren innen januar 2010, som vil ta omtrent 36 måneder å fullføre.
Kjemiske fremdriftssystemer er mest brukt for romfartøy, men de krever store mengder drivstoff og er ineffektive for romfart. Du er begrenset i hva du kan ta med deg til verdensrommet fordi du må bære en rakett som for det meste er drivstoff, sier Alexander Bruccoleri, forsker i luftfarts- og astronautikkavdelingen ved MIT. I tillegg, sier han, må man kompensere for vekten og størrelsen på drivmiddeltankene ved å bygge et romfartøy som er spinkelt eller ikke har mange strukturer for å forsterke det.
Som et alternativ utforsker flere forskningsgrupper elektriske fremdriftssystemer. Selv om disse motorene produserer mye mindre skyvekraft enn kjemiske motorer, er de veldig effektive, noe som gjør dem ideelle for langdistanseoppdrag til asteroider, kometer eller planeter som Jupiter og Merkur. En av de største utfordringene innen elektrisk fremdrift er imidlertid den høye effekten og levetiden til systemet, sier Daniel Brent White, en annen forsker innen luftfart og astronautikk ved MIT.
*Takket være lesernes kommentarer, ble denne informasjonen korrigert for å inkludere de europeiske og japanske oppdragene.
Den nye ionemotoren bygger på de elektriske fremdriftssystemene som brukes av begge DS1 og Dawn, sier Patterson. Den bruker samme metode for å oppnå skyvekraft: xenongass strømmer inn i et reaksjonskammer inne i motoren og ioniseres av elektroner; elektromagneter plassert rundt dette kammeret øker effektiviteten av ionisering. Elektroder plassert nær motorens thrustere (kjent som ioneoptikk) brukes deretter til å akselerere ionene elektrostatisk og skyte dem ut av eksosen for å skyve romfartøyet fremover.
Glenn Research Center-ingeniørene optimaliserte den mekaniske utformingen av motorens magneter og ioneoptikk, og gjorde andre modifikasjoner, inkludert å redusere antall thrustere, for å gjøre systemet kraftigere og mer effektivt. Motoren har et høyere effektnivå og et større reguleringsdynamikkområde – den kan gå fra svært høy effekt til svært lav effekt – slik at den kan fungere i lengre perioder og bedre utføre oppdraget sitt, sier Patterson.
Michael Huggins, rom- og missilfremdriftsdirektoratet i Air Force Research Laboratory ved Edwards Air Force Base i California, sier det er viktig å finne måter å gjøre fremdriftssystemene mer effektive, mindre og mer økonomiske på. Det faktum at NASA ser på mer effektive enheter for interplanetære oppdrag er definitivt det rette svaret, sier han.
Imidlertid er det potensielle ulemper med ionisk fremdrift. For eksempel kan solenergi ikke brukes for langt fra solen. Solenergi vil bare ikke fungere til avstander som Neptun, sier White, som presenterte et innlegg på den samme konferansen om bruk av atomenergi som en kraftkilde for romfart. Selv om dette ville gi rikelig med kraft i verdensrommet, ville sikkerhetshensyn gjøre det politisk utfordrende å skyte opp et atomdrevet romfartøy.
Den eneste konkurrenten vi egentlig har er avansert kjemisk teknologi, sier Patterson. Fordelen vi har er at vi er svært drivstoffeffektive. For komplekse planetariske oppdrag som krever mye energi, sier Patterson, går USA og dets internasjonale partnere, inkludert Japan og europeiske nasjoner, over til ionefremdriftsmotorer.