Ένας νέος τύπος ηλεκτρομαγνητικού προωθητήρα ολοκλήρωσε με επιτυχία μια πρώιμη δοκιμή στο Εργαστήριο Αεριοπροώθησης (JPL) της NASA, προσφέροντας μια γεύση από το πώς οι αστροναύτες θα μπορούσαν μια μέρα να ταξιδέψουν στον Άρη. Εάν αναπτυχθεί περαιτέρω, αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε επίσης να τροφοδοτήσει ρομποτικές αποστολές σε όλο το ηλιακό σύστημα.
Ακραία θερμότητα και υψηλή ισχύς μέσα στον θάλαμο δοκιμών του JPL
Στις 24 Φεβρουαρίου, μηχανικοί στο JPL στη Νότια Καλιφόρνια πραγματοποίησαν μια σημαντική δοκιμή του πειραματικού κινητήρα, ενεργοποιώντας τον σε επίπεδα ισχύος υψηλότερα από οποιαδήποτε παρόμοια δοκιμή που έχει διεξαχθεί προηγουμένως στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ο προωθητήρας λειτουργεί με ατμούς μεταλλικού λιθίου και αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην ηλεκτρική πρόωση.
Αυτή η πρώτη δοκιμή ώθησε το πρωτότυπο πέρα από τις δυνατότητες οποιουδήποτε ηλεκτρικού προωθητήρα που χρησιμοποιείται σήμερα σε διαστημόπλοια της NASA. Τα αποτελέσματα αναμένεται να καθοδηγήσουν μια σειρά από επερχόμενα πειράματα που στοχεύουν στη βελτίωση και την κλιμάκωση της τεχνολογίας.
Ο Άρης δεν έχει χαθεί
"Στη NASA, εργαζόμαστε σε πολλά πράγματα ταυτόχρονα και δεν έχουμε χάσει τον Άρη από τα μάτια μας. Η επιτυχημένη απόδοση του προωθητήρα μας σε αυτή τη δοκιμή καταδεικνύει πραγματική πρόοδο προς την αποστολή ενός Αμερικανού αστροναύτη να πατήσει το πόδι του στον Κόκκινο Πλανήτη", δήλωσε ο Διοικητής της NASA, Τζάρεντ Ισαάκμαν. «Αυτή είναι η πρώτη φορά στις Ηνωμένες Πολιτείες που ένα ηλεκτρικό σύστημα πρόωσης λειτουργεί σε τόσο υψηλά επίπεδα ισχύος, φτάνοντας έως και 120 κιλοβάτ. Θα συνεχίσουμε να κάνουμε στρατηγικές επενδύσεις που θα προωθήσουν το επόμενο γιγάντιο άλμα».
Κατά τη διάρκεια πέντε κύκλων ανάφλεξης, το κεντρικό ηλεκτρόδιο βολφραμίου του προωθητήρα θερμάνθηκε δραματικά, λάμποντας με έντονο λευκό χρώμα σε θερμοκρασίες που υπερβαίνουν τους 2.800 βαθμούς Κελσίου. Η δοκιμή πραγματοποιήθηκε μέσα στο Εργαστήριο Ηλεκτρικής Πρόωσης του JPL, το οποίο στεγάζει έναν εξειδικευμένο θάλαμο κενού σχεδιασμένο για την ασφαλή αξιολόγηση κινητήρων που χρησιμοποιούν προωθητικά μεταλλικών ατμών σε εξαιρετικά υψηλά επίπεδα ισχύος.
Πώς λειτουργεί η ηλεκτρική πρόωση
Τα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τους παραδοσιακούς χημικούς πυραύλους, χρησιμοποιώντας έως και 90% λιγότερο προωθητικό. Αντί να παράγουν μια ισχυρή έκρηξη ώθησης, δημιουργούν μια σταθερή ώθηση για μεγάλα χρονικά διαστήματα, επιταχύνοντας σταδιακά τα διαστημόπλοια σε πολύ υψηλές ταχύτητες.
Οι τρέχουσες αποστολές της NASA βασίζονται ήδη σε αυτήν την προσέγγιση. Για παράδειγμα, το διαστημόπλοιο Psyche χρησιμοποιεί ηλιακούς ηλεκτρικούς προωθητήρες που παρέχουν συνεχή ώθηση, φτάνοντας τελικά ταχύτητες 124.000 mph.
Ο νέος κινητήρας που δοκιμάζεται είναι ένας μαγνητοπλασματικά δυναμικός προωθητήρας (MPD) που τροφοδοτείται με λίθιο. Ενώ η ιδέα υπάρχει από τη δεκαετία του 1960, δεν έχει χρησιμοποιηθεί ποτέ λειτουργικά. Σε αντίθεση με τα υπάρχοντα συστήματα, αυτός ο σχεδιασμός χρησιμοποιεί ισχυρά ηλεκτρικά ρεύματα και μαγνητικά πεδία για την επιτάχυνση πλάσματος που παράγεται από λίθιο, παράγοντας μεγαλύτερη ώθηση σε υψηλότερα επίπεδα ισχύος.
Ρεκόρ Επίπεδα Ισχύος και Πρώιμη Επιτυχία
Σε αυτήν την αρχική δοκιμή, ο προωθητήρας έφτασε έως και 120 κιλοβάτ, περισσότερο από 25 φορές την ισχύ των κινητήρων που πετούν αυτήν τη στιγμή στο Psyche. Αυτό το καθιστά το σύστημα ηλεκτρικής πρόωσης με την υψηλότερη ισχύ που έχει δοκιμαστεί στις Ηνωμένες Πολιτείες μέχρι σήμερα.
"Ο σχεδιασμός και η κατασκευή αυτών των προωθητήρων τα τελευταία δύο χρόνια ήταν μια μακρά περίοδος πριν από αυτήν την πρώτη δοκιμή", δήλωσε ο James Polk, ανώτερος ερευνητής στο JPL. «Είναι μια τεράστια στιγμή για εμάς, επειδή όχι μόνο δείξαμε ότι λειτουργεί ο προωθητήρας, αλλά πετύχαμε και τα επίπεδα ισχύος που στοχεύαμε. Και γνωρίζουμε ότι έχουμε ένα καλό πεδίο δοκιμών για να αρχίσουμε να αντιμετωπίζουμε τις προκλήσεις της κλιμάκωσης».
Μέσα στη Δοκιμή: Ένα Λαμπερό Πνεύμα Πλάσματος
Ο Polk παρατήρησε τη δοκιμή μέσω μιας θυρίδας παρατήρησης σε έναν υδρόψυκτο θάλαμο κενού μήκους 8 μέτρων. Όταν ενεργοποιήθηκε, ο προωθητήρας παρήγαγε ένα φωτεινό, λαμπερό πνέυμα καθώς το εξωτερικό του ηλεκτρόδιο θερμάνθηκε και εξέπεμψε ένα έντονο κόκκινο ρεύμα πλάσματος.
Ο Polk έχει περάσει δεκαετίες μελετώντας αυτόν τον τύπο πρόωσης, συμβάλλοντας σε προηγούμενες αποστολές όπως η Dawn και το Deep Space 1, οι οποίες απέδειξαν ηλεκτρική πρόωση πέρα από την τροχιά της Γης για πρώτη φορά.
Κλίμακα για Ανθρώπινες Αποστολές στον Άρη
Η επόμενη πρόκληση είναι η περαιτέρω αύξηση της ισχύος του κινητήρα. Οι ερευνητές στοχεύουν σε επίπεδα μεταξύ 500 κιλοβάτ και 1 μεγαβάτ ανά προωθητήρα τα επόμενα χρόνια. Επειδή το σύστημα λειτουργεί υπό ακραία θερμότητα, οι μηχανικοί πρέπει να αποδείξουν ότι μπορεί να λειτουργεί αξιόπιστα για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Μια επανδρωμένη αποστολή στον Άρη θα μπορούσε να απαιτήσει συνολική ισχύ μεταξύ 2 και 4 μεγαβάτ. Αυτό πιθανότατα θα απαιτούσε πολλαπλούς προωθητήρες που θα συνεργάζονταν για περισσότερες από 23.000 ώρες.
Γιατί οι προωθητήρες λιθίου-πλάσματος έχουν σημασία
Οι προωθητήρες MPD που τροφοδοτούνται με λίθιο προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα. Μπορούν να λειτουργούν με πολύ υψηλή ισχύ, να χρησιμοποιούν αποτελεσματικά προωθητικό και να παράγουν περισσότερη ώθηση από τα τρέχοντα ηλεκτρικά συστήματα πρόωσης. Όταν συνδυάζονται με μια πυρηνική πηγή ενέργειας, θα μπορούσαν να μειώσουν τη συνολική μάζα που απαιτείται για την εκτόξευση, επιτρέποντας παράλληλα βαρύτερα ωφέλιμα φορτία για επανδρωμένες αποστολές. Αυτός ο συνδυασμός θα μπορούσε να κάνει τις αποστολές μεγάλης διάρκειας στον Άρη πιο πρακτικές και οικονομικά αποδοτικές.
Συνεργασία και μελλοντική ανάπτυξη
Η ανάπτυξη αυτού του προωθητήρα βρίσκεται σε εξέλιξη τα τελευταία 2,5 χρόνια. Η προσπάθεια διευθύνεται από το JPL, σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Πρίνστον στο Νιου Τζέρσεϊ και το Ερευνητικό Κέντρο Glenn της NASA στο Κλίβελαντ.
Η χρηματοδότηση προέρχεται από τη NASA Έργο Διαστημικής Πυρηνικής Πρόωσης, το οποίο ξεκίνησε το 2020 για την προώθηση βασικών τεχνολογιών που απαιτούνται για συστήματα πυρηνικής ηλεκτρικής πρόωσης κλάσης μεγαβάτ. Το πρόγραμμα εδρεύει στο Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Μάρσαλ στο Χάντσβιλ της Αλαμπάμα και αποτελεί μέρος της Διεύθυνσης Αποστολών Διαστημικής Τεχνολογίας της NASA.
www.worldenergynews.gr
