Dr. Charles a tým ANU HDLT. Obrazový kredit: ANU. Klikni pro zvětšení.
Poslechněte si rozhovor: Plazmový Thruster Prototype (5,5 MB)
Nebo si objednejte podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Můžeš mi dát nějaké pozadí o tahové technologii, kterou jsi vymyslel?
Dr. Christine Charles: Dobře, tento thruster se nazývá HDLT, což znamená Helicon Double Layer Thruster, a je to nový typ aplikace plazmového thrusteru do hlubokého vesmíru. Základem jsou naše znalosti v oblasti plazmových technologií, kosmického plazmatu, zpracování plazmy pro ošetření povrchů a různých dalších aplikací.
Fraser: Takže oblíbeným motorem pro průzkum vesmíru v těchto dnech je iontový motor, který prokázal docela dobrý výkon jako motor s úsporou paliva. Jak souvisí motor, na kterém pracujete, s iontovým motorem? Můžete dát lidem nějaký kontext?
Dr. Charles: Ano, existují některé běžné aspekty a některé velmi odlišné aspekty. Nejprve byl iontový motor úspěšně vyvinut v minulosti - nevím - asi 50 let. Teď je to docela dobře vyvinuté. Ale HD thruster má několik zajímavých výhod. Nejprve nepoužívá žádné elektrody. Takže v iontovém motoru máte řadu sítí pro urychlení iontu. Takže náš thruster nemá elektrody, máme nový typ mechanismu zrychlení, který nazýváme Double Layer. Proto to nazýváme HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Nemá žádné elektrody, což znamená, že má dlouhou životnost, protože nemáte erozi elektrod. A druhý, opravdu důležitý aspekt je, když se podíváte na zařízení, jako jsou iontové motory, emitují ionty. K neutralizaci těchto iontů je tedy třeba mít externí zdroj elektronů, a to se obvykle děje tím, že druhé zařízení se nachází na straně thrusteru, které se nazývá duté katodové zařízení. Ve skutečnosti máte na iontovém motoru dvě zařízení. A často proto, že se obávají, že by tato zařízení s dutou katodou mohla selhat, dali jim dvě, aby prodloužili životnost. Ale v HDLT vlastně emitujeme plazmu, která sama o sobě obsahuje nadzvukový iontový paprsek. Máme tedy nadzvukový iontový paprsek, který je hlavním zdrojem tahu, když opouští pohon, ale máme také plazmu, která emituje tolik elektronů, aby neutralizoval paprsek. Nepotřebujeme tedy toto externí zařízení, které je neutralizátorem. To je velmi dobré, protože to může zajistit bezpečnost a jednoduchost - neexistují žádné pohyblivé části - takže je HDLT docela atraktivní pro velmi hlubokou vesmírnou dopravu; dlouhá životnost. A další výhodou je, že protože používáme druhý koncept nazvaný helicon plasma, je to velmi účinný způsob přenosu elektřiny do nabitých částic v plazmě. To znamená, že můžeme získat opravdu husté plazmy se spoustou iontů a můžeme zvětšit sílu. Můžeme tedy jít až o 100 kilowattů. U prototypu to ještě nebylo provedeno, protože náš první prototyp byl jen 1 kilowatt. Ale další experimenty navrhly, že s naším typem plazmy můžeme opravdu zvýšit výkon, a udělat to s iontovým motorem, v podstatě hlavní věc je, že když jdete nad několik kilowattů, musíte mít skupinu trysky.
Řekl bych tedy, že pro HDLT jsou opravdu časné dny, ale hlavními výhodami jsou prodloužená životnost, jednoduchost, škálovatelnost a bezpečnost. A je také velmi úsporný, což je velmi dobré.
Fraser: Co se týče výkonu, iontové motory mohou vydat tah hmotnosti kusu papíru, ale dokážou to roky a roky a zvyšují tah. Říkáte, že byste mohli dát více tahu?
Dr. Charles: V současné době jsou iontové motory rozhodně nejlepší z hlediska tahu, pro kilowatty, v tuto chvíli. A prototyp HDLT, který je jen konceptem a do 1 kilowattu, neodpovídá tahu. Pokud vezmete příklad iontového motoru, má obvykle 100 miliónů newtonů na jeden kilowatt. Mluvíme pravděpodobně 3-5krát méně, ale musíte vidět, že jsme neměli 20 let vývoje. Je čas, a určitě můžeme tuto technologii vylepšit.
Fraser: A jak nyní chápu, Evropská kosmická agentura tuto technologii převzala a provádí vlastní testování. A jak to pro ně jde?
Dr. Charles: Dobře, měli několik projektů. První věc je, že jsme měli v Austrálii grant od agentury poskytující financování, a to v letech 2004-2005. A navrhli jsme a vyrobili první prototyp HDLT, který jsme přivezli do ESA loni v dubnu a který jsme testovali měsíc. Měli jsme omezené financování, takže jsme to nemohli vyzkoušet déle než měsíc. A to ukázalo, že všechny aspekty rakety fungovaly dokonale. Testovali jsme však všechny síly, které jsme mohli, a měli jsme různé tlaky plynů atd. Neměli jsme diagnostiku, kterou jsme potřebovali k měření tahu, takže jsme nevěděli, jaký je skutečný tah. Tah, který máme, je to, co můžeme měřit od iontového svazku v Austrálii - to se musí ještě udělat. A vychází z tohoto zcela nového konceptu dvojité vrstvy, o kterém jsme lidi museli přesvědčit. ESA se domnívala, že je to opravdu zajímavé, takže se rozhodli mít nezávislou studii, která by potvrdila efekt dvojvrstvy. Je to základní koncept za pohonnou hmotou; mechanismus zrychlení. Takže teď musíme opravdu vidět, o co jde.
Co je to dvojitá vrstva? Můžete si jen představit, že je to jako řeka a náhle řeka padá dolů, takže se vytvoří vodopád. Pak máte tyto ionty, které padají z tohoto vodopádu, a zrychlíte se a pak se připojíte k raketě velkou rychlostí výfuku. Dvojitá vrstva je tedy potenciálním poklesem plazmy. Zajímavé je, že v HDLT nemáme žádné elektrody; plazma se to prostě rozhodne udělat pomocí určitého magnetického pole, což je magnetická láhev nebo tryska. A to je vše. Je to jako mít vodopád bez toho, aby voda protékala. Toto je základní koncept.
ESA tak měla tuto nezávislou studii k ověření koncepce dvojité vrstvy. Viděli jste nejnovější tiskovou zprávu?
Fraser: Ano, mám.
Dr. Charles: Takže tu byla poslední studie Austrálie. Máme první prototyp a ukázali jsme některé aspekty; tah však nebyl dosud měřen v komoře pro simulaci vesmíru. A ESA také ověřila koncept, který stojí za thrusterem, což je tento koncept s dvěma vrstvami. Tady jsme v tuto chvíli.
Fraser: Takže pro jaké druhy misí by podle tebe bylo lepší, kdyby tahač HDLT byl lepší?
Dr. Charles: Musí to být pro opravdu dlouhodobé mise, kde jste nuceni jít pomalu, ale na dlouhou dobu. A má také tento pěkný bezpečnostní aspekt. Má potenciál být použit pro kosmické lety s posádkou. Je to opravdu pro hluboké vesmírné mise, nebo jít na Mars ... takové věci.
Fraser: Vidím. Myslím, že jednou z jeho hlavních výhod je, že má méně pohyblivé části - části, které by se mohly rozpadat.
Dr. Charles: A to může být rozšířeno u moci, což je také důležité. NASA provedla simulaci toho, jaký typ energie byste potřebovali k vyslání lidí na Mars, a je v rozsahu megawattů. Takže budete muset mít moc. Budete muset být schopni rozšířit své pohonné jednotky také. Aby mohli dělat svou práci, musí být schopni pracovat pod velkou mocí. NASA ukázala, že pokud byste mohli mít správný plazmový rakev nebo plazmovou raketu, mohli byste zkrátit čas na Mars, protože pokud používáte plazmovou technologii, můžete použít geodetické trajektorie. Pokud používáte chemický pohon, budete mít spíše balistickou trajektorii. Například můžete omezit například cestování na Mars.
Fraser: Jaké jsou další kroky pro váš výzkum?
Dr. Charles: No, děláme paralelně různé věci. Stále velmi silně pracujeme na samotné dvouvrstvé vrstvě, protože se jedná o velmi pěkný druh fyziky, který má všechny druhy dalších aplikací na polární záři nebo zrychlení slunečního větru atd. Máme zde také novou prostorovou simulační komoru Australská národní univerzita. A do této vesmírné simulační komory jsme namontovali prototyp, který je zpět z ESA. A začneme se snažit měřit rovnováhu tahu a další způsoby, pravděpodobně od ledna 2006. A možná se odehrají i další zprávy, nevím. Uvidíme, jak to jde. Na toto téma rozhodně vynaložíme velké úsilí. Je to velmi fascinující, protože mnoho lidí se zajímá o výsledek.
HDLT Thruster Informace od ANU
