Nová koncepce raketového motoru využívá mechanismus za slunečními erupcemi

Fúzní reaktory jsou nyní považovány za zdroj tepla, který by mohl přinést raketová paliva na extrémně vysoké teploty (a tedy výfukové plyny při vysokých rychlostech) nebo vytlačovat ultra horkou plazmu, aby poskytly tah. Obrazový kredit: ITER

Nový typ raketového motoru, ke kterému se lidstvo mohlo dostat Mars a dále navrhl fyzik z Laboratoře fyziky plazmatu fyziky Princeton (DOE) amerického ministerstva energetiky (DOE) (PPPL).

Zařízení by aplikovalo magnetické pole k vytvoření plazmatických částic(Odkaz je externí), elektricky nabitý plyn, známý také jako čtvrtý stav hmoty, aby z důvodu zachování hybnosti sestřelil zadní část rakety a poháněl vozidlo dopředu. Aktuální ověřené místo plazma Trysky používají k pohonu částic elektrické pole.

Nový koncept by urychlil částice magnetickým opětovným připojením, což je proces, který probíhá v celém vesmíru, včetně povrchu slunce. Čáry magnetického pole se sbíhají, najednou se oddělují a poté se znovu připojují a vytvářejí spoustu energie. K opětovnému připojení dochází také při fúzi ve tvaru koblihy(Odkaz je externí) Zařízení známá jako tokamaky(Odkaz je externí).

„Tento koncept už nějakou dobu vařím,“ řekla výzkumná pracovnice PPPL Fatima Ebrahimi, vynálezkyně a autorka příspěvku(Odkaz je externí) Podrobná myšlenka v Journal of Plasma Physics. „Nápad jsem dostal v roce 2017, když jsem seděl na palubě a přemýšlel o podobnosti mezi výfukem automobilu a vysokorychlostními částicemi výfukových plynů generovanými PPPL National Spherical Torus Experiment (NSTX),“ předchůdce současného vlajkového fúzního zařízení laboratoře . „Během provozu tento tokamak generuje magnetické bubliny zvané plazmoidy, které se pohybují rychlostí kolem 20 kilometrů za sekundu, což mi připadalo velmi podobné.

Fúze, síla, která pohání slunce a hvězdy, kombinuje prvky světla ve formě plazmy – horký, nabitý stav hmoty tvořený volnými elektrony a atomovými jádry, který tvoří 99% viditelného vesmíru – a vytváří obrovské množství energie. Vědci se snaží replikovat fúzi na Zemi, aby dosáhli prakticky nevyčerpatelné dodávky elektřiny k výrobě elektřiny.

Současné plazmové trysky, které k pohonu částic používají elektrická pole, mohou produkovat pouze nízký specifický impuls nebo rychlost. Počítačové simulace spuštěné na počítačích PPPL a National Energy Research Scientific Computing Center, uživatelské zařízení DOE Office of Science v Lawrence Berkeley National Laboratory v Berkeley v Kalifornii, však ukázaly, že nový koncept plazmového propustu produkuje výfukové plyny rychlostí stovky kilometrů za sekundu, desetkrát rychlejší než u jiných motorů.

Tato vyšší rychlost na začátku cesty kosmické lodi by mohla dostat vnější planety na dosah astronautů, řekl Ebrahimi. „Cestování na dlouhé vzdálenosti trvá měsíce nebo roky, protože specifický impuls chemických raketových motorů je velmi nízký, a proto trvá chvíli, než bude vozidlo aktuální,“ uvedla. „Ale pokud vyrobíme motory na základě magnetického opětovného připojení, mohli bychom potenciálně dokončit vzdálené mise za kratší dobu.“

Mezi koncepcí motoru Ebrahimi a jinými zařízeními existují tři hlavní rozdíly. Prvním je, že změna síly magnetického pole může zvýšit nebo snížit množství tahu. „Použitím více elektromagnetů a více magnetických polí můžete skutečně doladit rychlost otočením knoflíku,“ řekla Ebrahimi.

Zadruhé, nový propeler vytváří pohyb vyhozením jak plazmatických částic, tak magnetických bublin známých jako plazmoidy. Plazmoidy dodávají motoru extra sílu a žádný jiný koncept motoru je nezahrnuje.

Zatřetí, magnetická pole v Ebrahimiho pojetí, na rozdíl od současných konceptů motoru, které se spoléhají na elektrická pole, umožňují, aby plazma v motoru sestávala z těžkých nebo lehkých atomů. Tato flexibilita umožňuje vědcům přizpůsobit tah konkrétní misi. „Zatímco jiné trysky vyžadují těžký plyn vyrobený z atomů, jako je xenon, můžete v tomto konceptu použít jakýkoli druh plynu, který chcete,“ řekla Ebrahimi. V některých případech mohou vědci upřednostňovat lehký plyn, protože menší atomy se mohou pohybovat rychleji.

Tento koncept rozšiřuje portfolio výzkumu vesmírného pohonu PPPL. Mezi další projekty patří Hall Thruster Experiment, který zahájili v roce 1999 fyzici PPPL Yevgeny Raitses a Nathaniel Fisch s cílem prozkoumat použití plazmatických částic k pohybu kosmických lodí. Raitses a studenti také zkoumají použití malých Hallových trysek k zajištění lepší manévrovatelnosti malých satelitů zvaných CubeSats, když obíhají kolem Země.

Ebrahimi zdůraznila, že její koncept motoru vycházel přímo z jejího výzkumu fúzní energie. „Tato práce byla inspirována předchozí fúzní prací a je to poprvé, co byly navrženy plazmoidy a opětovné připojení pro vesmírný pohon,“ řekl Ebrahimi. „Dalším krokem je výroba prototypu!“

Odkaz: „Alfvenic Reconnecting Plasmoid Engine“ od Fatimy Ebrahimi, 21. prosince 2020, Journal of Plasma Physics.
DOI: 10.1017 / S0022377820001476

Podpora tohoto výzkumu pocházela z DOE Office of Science (Fusion Energy Sciences) a Laboratory for Research and Development (LDRD) poskytované Úřadem pro vědu.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Aby se objev urychlil, vychází z mřížky vysoce dimenzionální infračervený mikroskop

Příklad vzoru dlaždice použitého ke skenování kulatého červa C. elegans. Non-grid pattern dává algoritmu vzorkování větší flexibilitu pro rychlé resetování oblastí zájmu. ...

Starověcí zirkonové říkají, že desková tektonika začala před 3,6 miliardami let – významná událost pro přivítání Země k životu

Zirkony studované výzkumným týmem byly vyfotografovány pomocí katholluminiscence, techniky, která umožňuje týmu vizualizovat vnitřek krystalů pomocí speciálního rastrovacího elektronového mikroskopu. Tmavé kruhy na...

Můžeme opioidy zvýšit návykovostí? [Video]

V roce 2017 byly miliony lidí po celém světě závislí na opioidech a 115 000 zemřelo na předávkování. Opioidy jsou nejsilnější léky proti bolesti, které...

V místě vazby protilátek ve variantách viru COVID-19 – hlavní důsledky pro budoucí vakcíny

Výzkumný tým Penn State zjistil, že N protein na SARS-CoV-2 je uložen ve všech pandemických koronavirech souvisejících se SARS (nahoře vlevo: SARS-CoV-2, civet, SARS-CoV,...

NASA investuje 105 milionů amerických dolarů do vývoje inovativních technologií pro malé podniky ve Spojených státech

NASA Má dlouhou historii podpory amerických podnikatelů při vývoji technologií od nápadu po obchodní připravenost. Agenturní program Small Business Innovation Research (SBIR) dále podporoval...

Newsletter

Subscribe to stay updated.