ΤΡΟΧΑΔΗΝ

6/recent/ticker-posts

Header Ads Widget

Επαναστατικό σχέδιο κινητήρα για διαστημόπλοια

Πώς λειτουργεί ο εν λόγω κινητήρας και πώς προέκυψε η ιδέα.

Κώστας Μαυραγάνης


ELLE STARKMAN, PPPL OFFICE OF COMMUNICATIONS, AND ITER.

Ένα νέο είδος κινητήρα που θα μπορούσε να πάει αστροναύτες στον Άρη και ακόμα παραπέρα, παρουσίασε μια φυσικός στο Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.

Η συσκευή αυτή θα χρησιμοποιούσε μαγνητικά πεδία για να προκαλέσει εκτόξευση σωματιδίων πλάσματος να εκτοξεύονται από το πίσω μέρος ενός πυραύλου και, χάρη στη διατήρηση της ορμής, να κινεί το σκάφος προς τα εμπρός. Οι υπάρχοντες δοκιμασμένοι στο διάστημα κινητήρες πλάσματος χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για την προώθηση των σωματιδίων.

Η νέα αυτή ιδέα θα επιτάχυνε τα σωματίδια χρησιμοποιώντας μαγνητική επανασύνδεση- μια διαδικασία που συναντάται ανά το σύμπαν (πχ στην επιφάνεια του ήλιου), όπου γραμμές μαγνητικού πεδίου συγκλίνουν, ξαφνικά διαχωρίζονται και μετά επανασυνδέονται εκ νέου, παράγοντας πολλή ενέργεια. Η επανασύνδεση επίσης λαμβάνει χώρα εντός συσκευών σύντηξης, γνωστών ως tokamak.

«Δούλευα σε αυτό το concept εδώ και καιρό» είπε η Φατιμά Εμπραχίμι, φυσικός του PPPL, εφευρέτρια και συντάκτρια ενός επιστημονικού άρθρου όπου παρουσιάζεται η συγκεκριμένη ιδέα στο Journal of Plasma Physics. «Είχα την ιδέα το 2017, ενώ σκεφτόμουν τις ομοιότητες μεταξύ μιας εξάτμισης αυτοκινήτου και των υψηλής ταχύτητας σωματιδίων που δημιουργούνται από το NSTX (National Spherical Torus Experiment» (τον προκάτοχο της σημερινής κύριας εγκατάστασης πυρηνικής σύντηξης του εργαστηρίου) είπε η ίδια. «Κατά τη λειτουργία του, αυτό το tokamak παράγει μαγνητικές φυσαλίδες, τα πλασμοειδή, που κινούνται με περίπου 20 χλμ/ δευτερόλεπτο, που σε μένα έμοιαζε πολύ σαν ώθηση».

Η σύντηξη παρέχει την ενέργεια για τη λειτουργία του ήλιου και άλλων άστρων, συνδυάζοντας ελαφρά στοιχεία υπό τη μορφή πλάσματος- της θερμής, φορτισμένης κατάστασης της ύλης που αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και πυρήνες ατόμων- για την παραγωγή τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας. Επιστήμονες προσπαθούν να αναπαράγουν τη σύντηξη στη Γη για σκοπούς παραγωγής πρακτικά ανεξάντλητης ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Οι υπάρχοντες κινητήρες πλάσματος που χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για την προώθηση σωματιδίων μπορούν να δώσουν μόνο μικρές ταχύτητες, ωστόσο προσομοιώσεις σε υπολογιστές του PPPL και το National Energy Research Scientific Computing Center έδειξαν ότι το νέο αυτό concept κινητήρα μπορεί να παράγει εκτόξευση σε ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, δέκα φορές ταχύτερα από αυτές άλλων κινητήρων.

Η μεγαλύτερη αυτή ταχύτητα κατά την αρχή του ταξιδιού ενός διαστημοπλοίου θα μπορούσε να καταστήσει τους εξώτερους πλανήτες προσβάσιμους στους αστροναύτες, κατά την
ELLE STARKMAN, PPPL OFFICE OF COMMUNICATIONS, AND ITER.


Ένα νέο είδος κινητήρα που θα μπορούσε να πάει αστροναύτες στον Άρη και ακόμα παραπέρα, παρουσίασε μια φυσικός στο Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) του υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.

Η συσκευή αυτή θα χρησιμοποιούσε μαγνητικά πεδία για να προκαλέσει εκτόξευση σωματιδίων πλάσματος να εκτοξεύονται από το πίσω μέρος ενός πυραύλου και, χάρη στη διατήρηση της ορμής, να κινεί το σκάφος προς τα εμπρός. Οι υπάρχοντες δοκιμασμένοι στο διάστημα κινητήρες πλάσματος χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για την προώθηση των σωματιδίων.

Η νέα αυτή ιδέα θα επιτάχυνε τα σωματίδια χρησιμοποιώντας μαγνητική επανασύνδεση- μια διαδικασία που συναντάται ανά το σύμπαν (πχ στην επιφάνεια του ήλιου), όπου γραμμές μαγνητικού πεδίου συγκλίνουν, ξαφνικά διαχωρίζονται και μετά επανασυνδέονται εκ νέου, παράγοντας πολλή ενέργεια. Η επανασύνδεση επίσης λαμβάνει χώρα εντός συσκευών σύντηξης, γνωστών ως tokamak.

«Δούλευα σε αυτό το concept εδώ και καιρό» είπε η Φατιμά Εμπραχίμι, φυσικός του PPPL, εφευρέτρια και συντάκτρια ενός επιστημονικού άρθρου όπου παρουσιάζεται η συγκεκριμένη ιδέα στο Journal of Plasma Physics. «Είχα την ιδέα το 2017, ενώ σκεφτόμουν τις ομοιότητες μεταξύ μιας εξάτμισης αυτοκινήτου και των υψηλής ταχύτητας σωματιδίων που δημιουργούνται από το NSTX (National Spherical Torus Experiment» (τον προκάτοχο της σημερινής κύριας εγκατάστασης πυρηνικής σύντηξης του εργαστηρίου) είπε η ίδια. «Κατά τη λειτουργία του, αυτό το tokamak παράγει μαγνητικές φυσαλίδες, τα πλασμοειδή, που κινούνται με περίπου 20 χλμ/ δευτερόλεπτο, που σε μένα έμοιαζε πολύ σαν ώθηση».

Η σύντηξη παρέχει την ενέργεια για τη λειτουργία του ήλιου και άλλων άστρων, συνδυάζοντας ελαφρά στοιχεία υπό τη μορφή πλάσματος- της θερμής, φορτισμένης κατάστασης της ύλης που αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και πυρήνες ατόμων- για την παραγωγή τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας. Επιστήμονες προσπαθούν να αναπαράγουν τη σύντηξη στη Γη για σκοπούς παραγωγής πρακτικά ανεξάντλητης ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρισμού.

Οι υπάρχοντες κινητήρες πλάσματος που χρησιμοποιούν ηλεκτρικά πεδία για την προώθηση σωματιδίων μπορούν να δώσουν μόνο μικρές ταχύτητες, ωστόσο προσομοιώσεις σε υπολογιστές του PPPL και το National Energy Research Scientific Computing Center έδειξαν ότι το νέο αυτό concept κινητήρα μπορεί να παράγει εκτόξευση σε ταχύτητες εκατοντάδων χιλιομέτρων ανά δευτερόλεπτο, δέκα φορές ταχύτερα από αυτές άλλων κινητήρων.

Η μεγαλύτερη αυτή ταχύτητα κατά την αρχή του ταξιδιού ενός διαστημοπλοίου θα μπορούσε να καταστήσει τους εξώτερους πλανήτες προσβάσιμους στους αστροναύτες, κατά την Εμπραχίμι. «Το ταξίδι μεγάλων αποστάσεων απαιτεί μήνες ή χρόνια επειδή η ειδική ώθηση (specific impulse) των χημικών πυραυλοκινητήρων είναι πολύ χαμηλή, οπότε το σκάφος χρειάζεται χρόνο για να αναπτύξει ταχύτητα» είπε. «Μα αν φτιάξουμε κινητήρες με βάση τη μαγνητική επανασύνδεση, τότε θα μπορούσαμε εν δυνάμει να ολοκληρώσουμε αποστολές μεγάλων αποστάσεων σε μικρότερη χρονική περίοδο».

Τρεις είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ του concept της Εμπραχίμι και άλλων συσκευών. Η πρώτη είναι πως η μεταβολή της ισχύος των μαγνητικών πεδίων μπορεί να αυξήσει ή μειώσει την ποσότητα ώθησης. Η δεύτερη είναι πως ο νέος κινητήρας παράγει κίνηση εκτοξεύοντας τόσο σωματίδια πλάσματος όσο και πλασμοειδή, που ενισχύουν την ώθηση (και αυτό δεν συναντάται σε άλλα concepts). Το τρίτο είναι πως, αντίθετα με τα concepts που βασίζονται σε ηλεκτρικά πεδία, επί της προκειμένης το πλάσμα εντός του κινητήρα αποτελείται από είτε βαρέα είτε ελαφρά άτομα, κάτι που επιτρέπει μεγαλύτερη ευελιξία ως προς τον σχεδιασμό αποστολών. «Ενώ άλλοι κινητήρες απαιτούν βαρέα αέρια, από άτομα σαν το ξένο, σε αυτό το concept μπορείς να χρησιμοποιείς οποιοδήποτε αέριο θέλεις» είπε η Εμπραχίμι.. «Το ταξίδι μεγάλων αποστάσεων απαιτεί μήνες ή χρόνια επειδή η ειδική ώθηση (specific impulse) των χημικών πυραυλοκινητήρων είναι πολύ χαμηλή, οπότε το σκάφος χρειάζεται χρόνο για να αναπτύξει ταχύτητα» είπε. «Μα αν φτιάξουμε κινητήρες με βάση τη μαγνητική επανασύνδεση, τότε θα μπορούσαμε εν δυνάμει να ολοκληρώσουμε αποστολές μεγάλων αποστάσεων σε μικρότερη χρονική περίοδο».

Τρεις είναι οι κύριες διαφορές μεταξύ του concept της Εμπραχίμι και άλλων συσκευών. Η πρώτη είναι πως η μεταβολή της ισχύος των μαγνητικών πεδίων μπορεί να αυξήσει ή μειώσει την ποσότητα ώθησης. Η δεύτερη είναι πως ο νέος κινητήρας παράγει κίνηση εκτοξεύοντας τόσο σωματίδια πλάσματος όσο και πλασμοειδή, που ενισχύουν την ώθηση (και αυτό δεν συναντάται σε άλλα concepts). Το τρίτο είναι πως, αντίθετα με τα concepts που βασίζονται σε ηλεκτρικά πεδία, επί της προκειμένης το πλάσμα εντός του κινητήρα αποτελείται από είτε βαρέα είτε ελαφρά άτομα, κάτι που επιτρέπει μεγαλύτερη ευελιξία ως προς τον σχεδιασμό αποστολών. «Ενώ άλλοι κινητήρες απαιτούν βαρέα αέρια, από άτομα σαν το ξένο, σε αυτό το concept μπορείς να χρησιμοποιείς οποιοδήποτε αέριο θέλεις» είπε η Εμπραχίμι.

Δημοσίευση σχολίου

0 Σχόλια