kozmos.hr
Znanost

Demonstracija nove rakete za istraživanje dubokog Svemira

Prvi komercijalni reprogramirajući satelit, po imenu Eutelsat Quantum, poletio je prošli petak iz Francuske Gvajane na raketi Ariane 5. Izvor: daily-sun.com.
objavljeno

Tim znanstvenika razvija novu tehnologiju koja će unaprijediti ‘Hall potisnike’ i tako produljiti životni vijek raketa te povećati njihovu snagu.

Istraživanje dubokog Svemira

Sve veći interes za istraživanje dubokog svemira potaknuo je potrebu za snažnim dugovječnim raketnim sustavima za vožnju svemirskih letjelica kroz kozmos. Znanstvenici iz Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) američkog Ministarstva energetike (DOE) sada su razvili sićušnu modificiranu verziju propulzijskog sustava baziranog na plazmi nazvanog Hall potisnik koji produžava životni vijek rakete i proizvodi veliku snagu.

Minijaturizirani sustav pokretan plazmom – stanje materije sastavljeno od slobodno plutajućih elektrona i atomskih jezgri, ili iona – ima promjer nešto više od 2.5 cm i eliminira zidove oko plazma pogona kako bi stvorio inovativne konfiguracije potisnika. Među tim inovacijama su cilindrični Hall potisnik, koji je prvi put predložen i proučavan na PPPL-u, te Hall-ov potisnik bez zida. Obje konfiguracije smanjuju eroziju kanala uzrokovanu interakcijama plazme i stijenke koje ograničavaju životni vijek potisnika – ključni problem za konvencionalne prstenaste ili prstenaste Hallove potisnike, a posebno za minijaturne potisnike male snage za primjene na malim satelitima.

Proučavanje i istraživanje

Cilindrične Hall potisnike izumili su PPPL fizičari Yevgeny Raitses i Nat Fisch 1999. godine i od tada se aktivno proučavaju. Dok Hall potisnici bez zida mogu minimizirati eroziju kanala, oni se suočavaju s problemom ekstenzivnog širenja ili divergencije plazma potisnog oblaka, što degradira performanse sustava. Kako bi smanjio ovaj problem, PPPL je ugradio ključnu inovaciju u svoj novi sustav bez zida u obliku segmentirane elektrode, koncentrično spojenog prijenosnika struje. Ova inovacija smanjuje divergenciju i pomaže intenziviranju raketnog potiska.

„U posljednje dvije godine objavili smo tri rada o novoj fizici plazma potisnika koji su doveli do dinamičkog potisnika opisanog u ovom. Opisuje novi učinak koji obećava novi razvoj u ovom području,“ rekao je Yevgeny Raitses.

Primjena segmentiranih elektroda na Hallovim potisnicima nije nova. Raitses i Fisch su ranije koristili takve elektrode za kontrolu protoka plazme u konvencionalnim prstenastim Hallovim potisnicima. Međutim, učinak koji je Simmonds izmjerio i opisao u nedavnom radu u Applied Physics Letters mnogo je jači i ima veći utjecaj na cjelokupni rad i performanse potisnika.

Fokusiranje perjanice

Novi uređaj pomaže u prevladavanju problema s Hallovim potisnicima bez zidova koji omogućuje da plazma pogon puca iz rakete pod širokim kutovima, pridonoseći malo raketnom potisku. „Ukratko, Hall potisnici bez zida, iako obećavaju, imaju nefokusiran perjanicu zbog nedostatka stijenki kanala. Dakle, morali smo smisliti način fokusiranja perjanice kako bismo povećali potisak i učinkovitost i učinili ga boljim ukupnim potisnikom za svemirske letjelice,“ rekao je Simmonds.

Inovacijama je tim povećao gustoću potiska tako što su oblikovali veći dio potiska u smanjenom volumenu, što je ključni cilj za Hall potisnike. Dodatna prednost segmentirane elektrode je smanjenje nestabilnosti plazme koje se nazivaju oscilacije načina disanja, „gdje se količina plazme povremeno povećava i smanjuje kako se brzina ionizacije mijenja s vremenom“, rekao je Simmonds. Iznenađujuće, dodao je, segmentirana elektroda je uzrokovala da te oscilacije nestanu – „Segmentirane elektrode su vrlo korisne za Hallove potisnike iz ovih razloga.“

Nova raketa velike gustoće potiska može biti posebno korisna za male kubične satelite ili CubeSats. Masaaki Yamada, Simmondsov sudoktorski savjetnik koji vodi eksperiment magnetskog ponovnog povezivanja (MRX) koji proučava procese iza solarnih baklji, sjevernog svjetla i drugih svemirskih fenomena, predložio je korištenje sustava segmentiranih elektroda bez zida za napajanje CubeSata. Simmonds i njegov tim studenata koji rade pod vodstvom prof. Daniela Marlowa, prihvatili su taj prijedlog za razvoj CubeSata i takve rakete te se razvoj nastavlja!

Elektrostatička levitacija: inženjeri MIT-a testiraju ideju za novi rover koji lebdi

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

J. Simmonds, Y. Raitses, „Mitigation of breathing oscillations and focusing of the plume in a segmented electrode wall-less Hall thruster,“ Applied Physics Letters 119 (2021).

Anonymus (22. prosinca 2021.), „Scientists at PPPL and Princeton University demonstrate a novel rocket for deep-space exploration,“ pppl.gov (pristup 26. prosinca 2021.)

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji - te uživa u gledanju svega povezanog sa Star Warsom.