Kuriamas joninis variklis Marsą leistų pasiekti per 39 diena

[Popas23]

Kuriamas joninis variklis Marsą leistų pasiekti per 39 dienas

Liepos 20-ąją, pasauliui švenčiant pirmojo nusileidimo Mėnulyje metines, "Apollo 11" astronautai Buzz'as Aldrin'as ir Michael'as Collins'as paragino NASA užsibrėžti tikslą keliauti į Marsą. Tačiau tradicinės cheminės raketos, nugabenusios žmogų į Mėnulį, iki raudonosios planetos keliautų mažiausiai 6 mėnesius ir kainuotų šimtus milijardų dolerių.

Šiuo metu kito buvusio astronauto Franklin'o Chang-Diaz'o kuriama jonų plazmos raketa potencialiai gali leisti pasiekti šį tikslą vos per 39 dienas, panaudojant tik dalį cheminei raketai reikalingo kuro. Esminė įprastinių raketų problema yra tai, kad jos yra itin neefektyvios. Apie 90% pradinio misijos svorio sudaro kuras, kurio didžioji dalis sudeginama siekiant išsilaisvinti nuo Žemės gravitacijos. Po to tokiai raketai tektų lėtai "kėblinti" link Marso. Labai lėtai.

Mokslininkai raketos efektyvumą apibūdina savitojo impulso (angl. specific impulse) terminu, kuris grubiai tariant apibūdina, kaip greitai kuras išstumiamas pro raketos tūtas. Cheminė raketa pasižymi palyginti mažu savituoju impulsu, kuris sudaro apytiksliai 450 sekundžių. Kitaip tariant, raketa, sudegindama vieną kilogramą kuro, gali 450 sekundžių skrieti varoma maždaug 10 niutonų jėga.

raketomis

Tačiau Chang-Diaz’o kuriamas prototipas žada net 15000 sekundžių dydžio savitąjį impulsą. Kaip? Raketa varomąją jėgą išgautų ne degindama kurą, o ikaitindama kuro atomus iki superaukštų temperatūrų ir pro tūtas išmesdama plazmos srautą. VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) variklis susideda iš trijų tarpusavyje sujungtų magnetinių kamerų. Pirmoji pakopa veikia panašiai kaip ir buitinis virdulys - jame neutralių dujų, pavyzdžiui, argono atomai įkaitinami radijo dažnio bangų generatoriumi, kol elektronai "užverda", sukurdami plazmą.

Plazma šiame etape yra labai karšta - jos temperatūra siekia apie 50000 laipsnių pagal Celsijaus skalę. Tačiau to nepakanka efektyviam postūmiui sukurti. Taigi antroji VASIMR pakopa veikia kaip stiprintuvas, savo skleidžiamomis elektromagnetinėmis bangomis plazmai suteikdamas dar daugiau energijos. Šioje pakopoje plazma pasiekia apie milijono laipsnių temperatūrą, o tai prilygsta mūsų Saulės centre vyraujančiam karščiui.

magnetais

Paskutinė trečioji pakopa yra savotiškas "magnetinis purkštukas", konvertuojantis šios superįkaitintos plazmos energiją į tiesiaeigio judėjimo varomąją jėgą, taip pasiekiant didelį savitąjį impulsą. Kamerose naudojamas magnetinis laukas ne tik padeda įkaitinti plazmą, bet ir išlaiko ją ribotoje erdvėje, kad ji nepaliestų variklio komponentų.

Teoriškai VASIMR galėtų išvystyti šimtą kartų didesnę galią lyginant su kitais joniniais varikliais. Tačiau iki kol pradėsime pakuotis savo lagaminus kelionei į Marsą, lieka išspręsti dvi dideles problemas. Pirmoji yra ta, kad 200kW galios VASIMR variklis sukuria tik apie 5N (niutonų) varomąją jėgą. To daugiau nei pakanka atvirame kosmose, kur joninis variklis galėtų veikti mėnesių mėnesius - taip būtų galima transportuoti 2 tonas sveriantį krovinį nuo Saulės iki Jupiterio per 19 mėnesių. Tačiau tai reiškia, kad VASIMR pats savo jėgomis nesugebės atsiplėšti nuo Žemės paviršiaus. Jį į orbitą turėtų išvesti viena tų "senųjų" cheminių raketų.

Antroji problema yra tai, kad nors dabartinis variklio prototipas gali veikti išnaudodamas vien tik Saulės energiją - taip jis taptų tiesiog puikiu sprendimu kelionėms į Mėnulį ir kitoms artimosioms "išvykoms" - tačiau tolimesnio kosmoso misijoms jam prireiktų maždaug 200MW galios. Tą užtikrinti galėtų tik erdvėlaivyje sumontuotas branduolinis reaktorius.

Šiuo metu Chang-Diaz'as kartu su kitais kompanijoje "Ad Astra Rocket Company" dirbančiais kolegomis bendradarbiaudami su NASA rengiasi VASIMR bandymams, kurie turėtų įvykti 2012 metais Tarptautinėje Kosminėje Stotyje. Tai gali tapti tolimų kosminių kelionių eros pradžia.

technologijos.lt