Nyt koncept for raketpropeller udnytter mekanismen bag solfakler

En ny type raketpropeller, der kunne føre menneskeheden til Mars og videre, er blevet foreslået af en fysiker ved US Department of Energy's (DOE) Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL).

Enheden anvender magnetfelter til at forårsage partikler af plasma, elektrisk ladet gas også kendt som stofets fjerde tilstand, at skyde bagsiden af ​​en raket og på grund af bevarelsen af ​​momentum, drive håndværket fremad. Nuværende rumbevisede plasmatrustere bruger elektriske felter til at drive partiklerne.

Det nye koncept ville fremskynde partiklerne ved hjælp af magnetisk genforbindelse, en proces fundet i hele universet, herunder solens overflade, hvor magnetfeltlinjer konvergerer, pludselig adskilt, og slut derefter sammen igen, producerer masser af energi. Genforbindelse sker også inde i donutformede fusionsenheder kendt som tokamaks.

"Jeg har tilberedt dette koncept i et stykke tid, "sagde PPPL -hovedforskningsfysiker Fatima Ebrahimi, konceptets opfinder og forfatter til et papir, der beskriver ideen i Journal of Plasma Physics . "Jeg fik ideen i 2017, mens jeg sad på et dæk og tænkte på lighederne mellem en bils udstødning og de højhastighedsudstødningspartikler, der blev skabt af PPPL's ​​National Spherical Torus Experiment (NSTX), "forløberen for laboratoriets nuværende flagskibsfusionsanlæg." Under driften denne tokamak producerer magnetbobler kaldet plasmoider, der bevæger sig med omkring 20 kilometer i sekundet, hvilket forekom mig meget som tryk. "

Fusion, den kraft, der driver solen og stjernerne, kombinerer lette elementer i form af plasma - det varme, ladet stofstilstand sammensat af frie elektroner og atomkerner, der repræsenterer 99% af det synlige univers - for at generere enorme mængder energi. Forskere søger at kopiere fusion på Jorden for en praktisk talt uudtømmelig strømforsyning til elektricitet.

Nuværende plasma -thrustere, der bruger elektriske felter til at drive partiklerne, kan kun producere lav specifik impuls, eller hastighed. Men computersimuleringer udført på PPPL -computere og National Energy Research Scientific Computing Center, en DOE Office of Science User Facility på Lawrence Berkeley National Laboratory i Berkeley, Californien, viste, at det nye plasma -thruster -koncept kan generere udstødning med hastigheder på hundredvis af kilometer i sekundet, 10 gange hurtigere end andre thrustere.

Den hurtigere hastighed i begyndelsen af ​​et rumfartøjs rejse kunne bringe de ydre planeter inden for rækkevidde af astronauter, Sagde Ebrahimi. "Langdistancerejser tager måneder eller år, fordi den specifikke impuls fra kemiske raketmotorer er meget lav, så det tager et stykke tid at få fart op, "sagde hun." Men hvis vi laver thrustere baseret på magnetisk genforbindelse, så kunne vi tænkes at gennemføre langdistancemissioner på kortere tid. "

Der er tre hovedforskelle mellem Ebrahimis thruster -koncept og andre enheder. Den første er, at ændring af magnetfelternes styrke kan øge eller formindske mængden af ​​tryk. "Ved at bruge flere elektromagneter og flere magnetfelter, du kan faktisk dreje på en knap for at finjustere hastigheden, "Sagde Ebrahimi.

Sekund, den nye thruster producerer bevægelse ved at skubbe ud både plasmapartikler og magnetbobler kendt som plasmoider. Plasmoiderne tilføjer kraft til fremdriften, og ingen andre thruster -koncept inkorporerer dem.

Tredje, i modsætning til nuværende thruster -koncepter, der er afhængige af elektriske felter, magnetfelterne i Ebrahimis koncept tillader plasmaet inde i thrusteren at bestå af enten tunge eller lette atomer. Denne fleksibilitet gør det muligt for forskere at skræddersy mængden af ​​kraft til en bestemt mission. "Mens andre thrustere kræver tung gas, lavet af atomer som xenon, i dette koncept kan du bruge enhver form for gas, du ønsker, "Sagde Ebrahimi. Forskere foretrækker måske i nogle tilfælde let gas, fordi de mindre atomer kan bevæge sig hurtigere.

Dette koncept udvider PPPLs portefølje af rumfremdriftsforskning. Andre projekter omfatter Hall Thruster -eksperimentet, der blev startet i 1999 af PPPL -fysikere Yevgeny Raitses og Nathaniel Fisch for at undersøge brugen af ​​plasmapartikler til flytning af rumfartøjer. Raitses og studerende undersøger også brugen af ​​små Hall -thrustere til at give små satellitter kaldet CubeSats større manøvredygtighed, når de kredser om jorden.

Ebrahimi understregede, at hendes thruster -koncept stammer direkte fra hendes forskning i fusionsenergi. "Dette arbejde var inspireret af tidligere fusionsarbejde, og det er første gang, at plasmoider og genforbindelse er blevet foreslået til rumdrift, "Sagde Ebrahimi." Det næste trin er at bygge en prototype! "