NASA-in Laboratorij za mlazni pogon (JPL) u južnoj Kaliforniji testirao je električni potisnik na paru metalnog litija i dosegnuo snagu do 120 kilovata. To je više od bilo kojeg električnog potisnika koji trenutačno radi na NASA-inim svemirskim letjelicama.
Prototip je još daleko od svemirskog leta, ali test pokazuje kakav bi pogon mogao biti potreban za buduće misije prema Marsu. Takav sustav ne bi služio za lansiranje sa Zemlje, nego za dugotrajno ubrzavanje velikih tereta, robotskih letjelica i mogućih letjelica s posadom u dubokom svemiru.
Test je izveden 24. veljače u Laboratoriju za električnu propulziju pri JPL-u. U osam metara dugoj vakuumskoj komori hlađenoj vodom inženjerski tim pet je puta pokrenuo elektromagnetski potisnik koji koristi paru metalnog litija.
Tijekom paljenja središnja volframova elektroda zagrijala se na više od 2800 stupnjeva Celzija i zasjala gotovo bijelom svjetlošću. Vanjska elektroda, oblikovana poput mlaznice, užarila se dok je potisnik izbacivao crveni mlaz plazme.
Takav test nije samo provjera snage. Potisnici koji rade s metalnom parom traže posebnu opremu jer se moraju sigurno pratiti ekstremne temperature, ponašanje plazme i opterećenje materijala. JPL-ovo postrojenje omogućuje upravo takva ispitivanja, uključujući rad s električnim potisnicima koji bi se u budućnosti mogli razvijati prema megavatnim razinama snage.
Dosegnutih 120 kilovata posebno je važno zbog usporedbe s postojećim svemirskim sustavima. NASA navodi da je riječ o snazi više od 25 puta većoj od one koju imaju potisnici na misiji Psyche, koja trenutačno koristi najsnažnije električne potisnike na nekoj NASA-inoj letjelici.
Električni pogon ne radi poput raketnog motora
Kemijski raketni motori stvaraju velik potisak u kratkom vremenu. Zato su nužni za lansiranje sa Zemlje i za manevre u kojima letjelica mora brzo promijeniti brzinu. Električni pogon ima drukčiju ulogu: potisak je mnogo slabiji, ali može trajati danima, mjesecima ili godinama.
U svemiru, gdje nema otpora zraka, takav stalni potisak s vremenom može dovesti letjelicu do vrlo velikih brzina. NASA navodi da električna propulzija može potrošiti do 90 posto manje pogonskog sredstva od tradicionalnih kemijskih sustava. Potisnici na misiji Psyche, primjerice, koriste Sunčevu energiju za ubrzavanje pogonskog sredstva i mogu letjelicu tijekom vremena dovesti do brzine od oko 200.000 kilometara na sat.
Potisnik testiran u JPL-u snažniji je od električnih pogonskih sustava koji se danas koriste na NASA-inim letjelicama. Riječ je o MPD potisniku (magnetoplasmadynamic), tipu električnog pogona u kojem snažne električne struje i magnetsko polje ubrzavaju plazmu.
U ovom prototipu pogonsko sredstvo je litij. Metalni litij zagrijava se do stanja pare, prelazi u plazmu i zatim se izbacuje iz potisnika bez kemijskog izgaranja. Potisak nastaje ubrzavanjem električki nabijenih čestica, što takvom sustavu omogućuje rad na znatno višim razinama snage od električnih potisnika koji su danas u uporabi.
Ta se tehnologija istražuje još od 1960-ih, ali dosad nije operativno korištena na svemirskoj letjelici. Test u JPL-u zato je važan jer pokazuje da se MPD potisnik na litij može pokrenuti na razini snage koja nadmašuje današnje NASA-ine električne potisnike u svemiru.
Sustav za Mars morao bi raditi više od 23.000 sati
Prvi test pokazao je da prototip može raditi na ciljanoj razini snage, no razvoj tek ulazi u teži dio. NASA-in tim želi u sljedećim godinama podići snagu pojedinačnog potisnika na 500 kilovata do jednog megavata. To bi bio velik skok u odnosu na sadašnje električne pogonske sustave.
Za misiju s ljudskom posadom prema Marsu procjenjuje se da bi bilo potrebno između 2 i 4 megavata električne snage. To znači da jedna letjelica ne bi koristila samo jedan takav potisnik, nego više njih, uz izvor energije dovoljno snažan za dugotrajno napajanje tijekom međuplanetarnog leta.
Pouzdanost će biti jednako važna kao i snaga. Prema NASA-inim procjenama, potisnici bi morali raditi više od 23.000 sati. To otvara niz tehničkih pitanja: koliko dugo elektrode mogu podnositi ekstremne temperature, kako se dovod litija ponaša tijekom dugog rada, koliko se brzo troše komponente i može li se potisak održavati stabilnim mjesecima.
James Polk, viši znanstvenik u JPL-u, rekao je da su razvoj i izrada ovih potisnika tijekom posljednjih godina vodili upravo prema ovom testu. “To je velik trenutak za nas jer nismo samo pokazali da potisnik radi, nego smo dosegnuli i razine snage koje smo ciljali”, rekao je Polk. Dodao je da tim sada ima dobru ispitnu platformu za rješavanje problema koji se javljaju pri povećanju snage.
Bez snažnog izvora energije nema velikog električnog pogona
NASA-in administrator Jared Isaacman povezao je test s dugoročnim ciljem slanja američkog astronauta na Mars. “U NASA-i radimo na mnogo stvari istodobno i nismo izgubili Mars iz vida”, rekao je Isaacman. Prema njegovim riječima, uspješan rad potisnika pokazuje napredak prema misiji u kojoj bi američki astronaut kročio na Crveni planet.
MPD potisnici na litij sami po sebi nisu gotov marsovski pogon. Da bi postali dio stvarne misije, moraju proći dug put od laboratorijskog prototipa do pouzdanog sustava za let. Moraju se dokazati na većim snagama, u dugotrajnom radu i u konfiguraciji s izvorom energije koji može napajati više potisnika odjednom.
Zato se u NASA-inim planovima ovakav pogon promatra zajedno s mogućim nuklearnim izvorom energije. Ako se takva kombinacija pokaže izvedivom, mogla bi omogućiti snažniji električni pogon za velike međuplanetarne letjelice, smanjiti masu potrebnu pri lansiranju i pomoći u prijevozu tereta potrebnog za misije s ljudskom posadom prema Marsu.
Rezultat iz JPL-a zasad je važan zato što je konkretan: pet paljenja, 120 kilovata snage, litijeva plazma u vakuumskoj komori i dovoljno podataka za sljedeću seriju testova. To još nije motor za putovanje na Mars, ali jest ozbiljan korak prema električnom pogonu kakav bi takve misije mogle zahtijevati.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
Izvori i publikacija
Časopis / izvor: NASA Ignition
