Hvis du skal fly i verdensrommet, trenger du et slags fremdriftssystem. En ny skyveteknologi kalt Helicon Double Layer Thruster kan være enda mer effektiv med drivstoffet. Dr. Christine Charles fra Australian National University i Canberra er oppfinneren.
Hør intervjuet: Plasma Thruster Prototype (5,5 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Kan du gi meg litt bakgrunn på drivteknologien du har oppfunnet?
Dr. Christine Charles: Ok, denne thrusteren kalles HDLT, som står for Helicon Double Layer Thruster, og det er en ny type plasma-thruster-applikasjon i dyp romfart. Og bakgrunnen er vår ekspertise innen plasmateknologier, romplasma, plasmabehandling for behandling av overflater og en rekke andre applikasjoner.
Fraser: Så, favorittmotoren til romutforskningssettet i disse dager er ionemotoren, som har vist ganske god ytelse som en drivstoffeffektiv motor. Hvordan forholder motoren du jobber med en ionemotor? Kan du gi folk litt kontekst?
Dr. Charles: Ja, det er noen vanlige aspekter og noen veldig forskjellige aspekter. Så først har ionemotoren blitt vellykket utviklet for fortiden - jeg vet ikke - 50 år eller så. Det er ganske godt utviklet nå. Men HD-thrusteren har noen interessante fordeler. For det første bruker den ingen elektroder. Så i ionemotoren har du en serie rutenett for å akselerere ionet. Så thrusteren vår har ikke elektroder, vi har en ny type akselerasjonsmekanisme som vi kaller Double Layer. Dette er grunnen til at vi kaller det HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Den har ingen elektroder, så det betyr at den har lang levetid fordi du ikke har elektroderosjon. Og et andre, veldig viktig aspekt er at hvis du ser på enheter som ionemotorer, avgir de ioner. Så du må ha en ekstern kilde til elektroner for å nøytralisere disse ionene, og det gjøres vanligvis ved å ha en andre enhet på siden av thrusteren som kalles en hul katodeenhet. Faktisk har du to enheter på en ionemotor. Og ofte fordi de er redde for at disse hule katodeenhetene kan mislykkes, legger de to av dem på for å øke levetiden. Men i HDLT avgir vi faktisk et plasma, som i seg selv inneholder en supersonisk ionestråle. Så vi har den supersoniske ionestrålen, som er hovedkilden til drivkraft når den kommer ut av thrusteren, men vi har også plasmaet som avgir akkurat nok elektroner til å nøytralisere strålen. Så vi trenger ikke denne eksterne enheten som er nøytralisatoren. Det er veldig bra fordi det kan gi sikkerhet og enkelhet - det er ingen bevegelige deler - så det gjør HDLT ganske attraktiv for veldig dyp romfart; lang levetid. Og en annen fordel er at fordi vi bruker et andre konsept kalt helikonplasma, er det en veldig effektiv måte å overføre strøm til de ladede partiklene i plasmaet. Det betyr at vi kan få skikkelig tette plasmaer med mange ioner og at vi kan skalere opp i kraft. Så vi kan nok gå opp til 100 kilowatt. Dette er ikke gjort ennå i en prototype, fordi vår første prototype var bare 1 kilowatt. Men andre eksperimenter har antydet at med vår type plasma, kan vi virkelig oppskalere i kraft, og for å gjøre det med en ionemotor, er hovedsakelig det viktigste at når du går over noen kilowatt, må du ha en klynge på thrustere.
Så jeg vil si at det er veldig tidlige dager for HDLT, men de viktigste fordelene er økt levetid, enkelhet, skalerbarhet og sikkerhet. Og det er også ganske drivstoffeffektivt, noe som er veldig bra.
Fraser: Når det gjelder ytelse, kan ionemotorer legge vekt på vekten på et stykke papir, men de kan gjøre det i mange år og bygge opp skyvkraften. Sier du at du kan sette mer kraft?
Dr. Charles: For øyeblikket er ionemotorer definitivt de beste når det gjelder skyvekraft, for kilowatt. Og HDLT-prototypen, som bare er et konsept og under 1 kilowatt, stemmer ikke overens med drivkraften. Hvis du tar eksemplet med en ionemotor, har den vanligvis 100 milli nyton for en kilowatt. Vi snakker sannsynligvis 3-5 ganger mindre for øyeblikket, men du må se at vi ikke hadde hatt 20 års utvikling. Det er tidlige dager, og vi kan absolutt forbedre teknologien.
Fraser: Og så som jeg forstår nå, har European Space Agency hentet teknologien og gjør noen interne tester. Og hvordan har det gått for dem?
Dr. Charles: Ok, de hadde noen få prosjekter. Den første tingen er at vi hadde et tilskudd i Australia fra et finansieringsbyrå, og det var i løpet av 2004-2005. Og vi designet og produserte den første HDLT-prototypen, som vi brakte til ESA i april i fjor, og som vi testet i en måned. Vi hadde begrenset finansiering, så vi kunne ikke teste det på mer enn en måned. Og dette viste at alle aspekter av thrusteren fungerte perfekt. Men vi testet alle kreftene som vi kunne, og vi hadde forskjellige gasstrykk, etc. Vi hadde ikke den diagnostikken vi trengte for å måle skyvekraften, så vi visste ikke hva den faktiske drivkraften var. Det vi har er det vi kan måle fra ionestrålen i Australia - det må fremdeles gjøres. Og det er basert på dette helt nye konseptet med dobbeltlaget, som vi måtte overbevise folk om. Og ESA syntes det var veldig interessant, så de hadde bestemt seg for å ha en uavhengig studie for å validere dobbeltlagseffekten. Det er det grunnleggende konseptet bak thrusteren; akselerasjonsmekanismen. Så nå må vi virkelig se hva dette handler om.
Hva er et dobbeltlag? Du kan bare forestille deg, det er som en elv og plutselig faller elvenes bunn ned slik at det skapes en foss. Så har du disse ionene som faller nedover fossen, og blir akselererte og deretter kobles til raketten med en stor eksoshastighet. Så dobbeltlaget er et potensielt fall i plasmaet. Det som er veldig interessant er at vi i HDLT ikke har noen elektroder; plasmaet bestemmer seg for å gjøre dette ved å bruke et visst magnetfelt, som er en magnetflaske eller -dyse. Og det er alt. Så det er som å ha fossen uten å pumpe vannet gjennom. Så dette er det grunnleggende konseptet.
Så ESA hadde denne uavhengige studien for å validere konseptet med dobbeltlaget. Har du sett den siste pressemeldingen?
Fraser: Ja, det har jeg.
Dr. Charles: Så det var denne siste studien fra Australia. Vi har den første prototypen, og vi har demonstrert noen aspekter; Selv om skyvekraften ikke har blitt målt i et romsimuleringskammer ennå. Og ESA har også validert konseptet bak thrusteren, som er dette dobbeltlagskonseptet. Så det er der vi er for øyeblikket.
Fraser: Så hva slags oppdrag tror du HDLT-thrusteren ville vært bedre for?
Dr. Charles: Det må være for virkelig langsiktige oppdrag der du blir tvunget til å gå sakte, men i lang tid. Og det har også dette fine sikkerhetsaspektet. Det har potensialet til å brukes til bemannet romfart. Så det er virkelig for dype romoppdrag, eller å dra til Mars ... sånt.
Fraser: Jeg skjønner. Jeg antar at en av hovedfordelene her er at den har mindre bevegelige deler - deler som kan bryte sammen.
Dr. Charles: Og det kan skaleres opp i kraft, noe som også er viktig. NASA har laget en simulering av hvilken type strøm du trenger for å sende mennesker til Mars, og den er i megawattområdet. Så du må ha makten. Du må være i stand til å skalere opp thrusterne dine også. De må kunne operere under stor makt for å gjøre jobben. Hva NASA gjorde, er å vise at hvis du kunne ha en skikkelig plasmastruster, eller plasma rakett, kan du kutte ned tiden for å dra til Mars fordi hvis du bruker plasmateknologi, kan du bruke geodesiske baner. Hvis du bruker kjemisk fremdrift, vil du ha mer som en ballistisk bane. Så du kan kutte ned på tidsreiser til Mars for eksempel.
Fraser: Så hva er de neste trinnene for forskningen din?
Dr. Charles: Vel, vi gjør forskjellige ting parallelt. Vi jobber fortsatt veldig sterkt med selve det dobbelte laget, fordi dette er en veldig fin type fysikk som har alle slags andre bruksområder for auroraen, eller solens vindakselerasjon, etc. Vi har også et nytt rom-simuleringskammer her ved Australian National University. Og vi har montert prototypen, som er tilbake fra ESA, i det romsimuleringskammeret. Og vi kommer til å begynne å prøve å måle skyvebalansen og andre måter, sannsynligvis fra januar 2006. Og det kan hende det skjer andre nyheter, jeg vet ikke. Vi får se hvordan det går. Vi vil definitivt legge mye arbeid i dette emnet. Det er veldig fascinerende fordi mange mennesker er interessert i resultatet.
HDLT Thruster Informasjon fra ANU
