إذا كنت ستطير في الفضاء ، فأنت بحاجة إلى نوع من نظام الدفع. يمكن أن تكون تقنية دفع جديدة تسمى Helicon Double Layer Thruster أكثر كفاءة مع وقودها. الدكتورة كريستين تشارلز من الجامعة الوطنية الأسترالية في كانبيرا هي المخترعة.
استمع للمقابلة: Plasma Thruster Prototype (5.5 MB)
أو اشترك في البودكاست: universetoday.com/audio.xml
فريزر: هل يمكنك أن تعطيني بعض الخلفية عن تقنية الدفع التي اخترعتها؟
د. كريستين تشارلز: حسنًا ، يسمى هذا الدافع HDLT ، وهو اختصار لـ Helicon Double Layer Thruster ، وهو نوع جديد من تطبيقات دافع البلازما في السفر في الفضاء البعيد. والخلفية هي خبرتنا في تقنيات البلازما والبلازما الفضائية ومعالجة البلازما لمعالجة الأسطح ومجموعة متنوعة من التطبيقات الأخرى.
فريزر: لذا ، فإن المحرك المفضل لمجموعة استكشاف الفضاء هذه الأيام هو المحرك الأيوني ، الذي أظهر أداءً جيدًا للغاية كمحرك موفر للوقود. كيف يرتبط المحرك الذي تعمل عليه بمحرك أيوني؟ هل يمكنك إعطاء الناس بعض السياق؟
د. تشارلز: نعم ، هناك بعض الجوانب المشتركة وبعض الجوانب المختلفة جدًا. لذا ، تم تطوير المحرك الأيوني بنجاح في الماضي - لا أعرف - 50 عامًا أو نحو ذلك. لقد تطورت بشكل جيد الآن. لكن الدافع HD لديه بعض المزايا المثيرة للاهتمام. أولاً ، لا يستخدم أي أقطاب كهربائية. لذا في المحرك الأيوني ، لديك سلسلة من الشبكات لتسريع الأيونات. لذلك لا يوجد دافع كهربائي لدينا دافع ، لدينا نوع جديد من آلية التسارع نسميها طبقة مزدوجة. هذا هو السبب في أننا نسميها HDLT: Helicon Double Layer Thruster. لا تحتوي على أقطاب كهربائية ، وهذا يعني أن لها عمر طويل لأنه ليس لديك تآكل القطب. والجانب الثاني المهم حقًا هو أنه إذا نظرت إلى أجهزة مثل محركات الأيونات ، فإنها تنبعث منها أيونات. لذا يجب أن يكون لديك مصدر خارجي للإلكترونات لتحييد هذه الأيونات ، ويتم ذلك بشكل عام من خلال وجود جهاز ثان على جانب الدافع يسمى جهاز الكاثود المجوف. في الواقع لديك جهازين على محرك أيون. وغالبًا لأنهم يخشون أن تفشل أجهزة الكاثود المجوفة هذه ، فإنهم يضعون اثنين منهم لزيادة عمرهم. ولكن في HDLT ، نطلق بالفعل بلازما تحتوي في حد ذاتها على حزمة أيونية تفوق سرعة الصوت. إذن لدينا الشعاع الأيوني الأسرع من الصوت ، وهو المصدر الرئيسي للدفع عند خروجه من الدافع ، ولكن لدينا أيضًا البلازما التي تنبعث منها ما يكفي من الإلكترونات فقط لتحييد الحزمة. لذلك لا نحتاج إلى هذا الجهاز الخارجي وهو المعادل. هذا جيد جدًا لأنه يمكن أن يوفر الأمان والبساطة - لا توجد أجزاء متحركة - لذا فهو يجعل HDLT جذابة جدًا للسفر في الفضاء العميق جدًا ؛ حياة مديدة. وميزة أخرى هي أننا نستخدم مفهومًا ثانيًا يسمى بلازما الهليكون ، فهي طريقة فعالة جدًا لنقل الكهرباء إلى الجسيمات المشحونة في البلازما. هذا يعني أننا يمكن أن نحصل على بلازما كثيفة حقًا مع الكثير من الأيونات ويمكننا الارتقاء في السلطة. لذا ، ربما يمكننا أن نصل إلى 100 كيلووات. لم يتم إجراء ذلك هنا حتى الآن في نموذج أولي ، لأن أول نموذج أولي كان 1 كيلوواط فقط. ولكن هناك تجارب أخرى تشير إلى أنه مع نوع البلازما لدينا ، يمكننا بالفعل زيادة القوة ، وللقيام بذلك باستخدام محرك أيوني ، فإن الأمر الأساسي هو أنه عندما تتجاوز بضعة كيلووات ، يجب أن يكون لديك مجموعة من الدفاعات.
لذا أود أن أقول إنها الأيام الأولى حقًا لـ HDLT ، لكن المزايا الرئيسية هي زيادة العمر والبساطة وقابلية التوسع والسلامة. كما أنها فعالة من حيث استهلاك الوقود ، وهو أمر جيد جدًا.
فريزر: من حيث الأداء ، يمكن للمحركات الأيونية أن تخفف من ثقل وزن قطعة من الورق ، ولكن يمكنها القيام بذلك لسنوات وسنوات وتكوين الدفع. أنت تقول أنه يمكنك وضع المزيد من الدفع؟
دكتور تشارلز: في الوقت الحالي ، تعتبر المحركات الأيونية هي الأفضل من حيث الدفع ، للكيلووات في الوقت الحالي. والنموذج الأولي HDLT ، الذي هو مجرد مفهوم وأقل من كيلوواط واحد ، لا يتطابق مع التوجه. إذا أخذت مثالًا لمحرك أيوني ، فإنه يحتوي عادةً على 100 ملي نيوتن لكل كيلوواط. نحن نتحدث على الأرجح أقل من 3-5 مرات في الوقت الحالي ، ولكن عليك أن ترى أنه لم يكن لدينا 20 عامًا من التطوير. إنها الأيام الأولى ، ويمكننا بالتأكيد تحسين التكنولوجيا.
فريزر: ثم كما أفهم الآن ، التقطت وكالة الفضاء الأوروبية التكنولوجيا وتقوم ببعض الاختبارات الداخلية. وكيف سار ذلك بالنسبة لهم؟
دكتور تشارلز: حسنًا ، كان لديهم بعض المشاريع. أول شيء هو أننا حصلنا على منحة في أستراليا من وكالة تمويل ، وكان ذلك خلال 2004-2005. وقمنا بتصميم وتصنيع أول نموذج أولي HDLT ، والذي قدمناه إلى وكالة الفضاء الأوروبية في أبريل الماضي ، واختبرناه لمدة شهر. كان لدينا تمويل محدود لذا لم نتمكن من اختباره لأكثر من شهر. وأظهر ذلك أن جميع جوانب الدافع تعمل بشكل مثالي. لكننا اختبرنا كل القوى التي نستطيع ، ولدينا ضغوط غاز مختلفة ، وما إلى ذلك. لم يكن لدينا التشخيصات التي نحتاجها لقياس الدفع ، لذلك لم نكن نعرف ما هو الدفع الفعلي. الاتجاه الذي لدينا هو ما يمكننا قياسه من الشعاع الأيوني في أستراليا - لا يزال يتعين القيام به. ويستند إلى هذا المفهوم الجديد للطبقة المزدوجة ، والذي كان علينا إقناع الناس به. وقد اعتقدت وكالة الفضاء الأوروبية أنها مثيرة للاهتمام حقًا ، لذلك قرروا إجراء دراسة مستقلة للتحقق من تأثير الطبقة المزدوجة. إنه المفهوم الأساسي وراء الدافع ، آلية التسارع. لذا علينا الآن أن نرى حقيقة الأمر.
ما هي الطبقة المزدوجة؟ يمكنك أن تتخيل فقط ، إنه مثل نهر وفجأة ينهار قاع النهر بحيث يتم إنشاء شلال. ثم لديك هذه الأيونات التي تسقط هذا الشلال ، وتتسارع ثم تتصل بالصاروخ بسرعة عادم كبيرة. لذا فإن الطبقة المزدوجة هي انخفاض محتمل في البلازما. الأمر المثير للاهتمام هو أنه في HDLT ، ليس لدينا أقطاب كهربائية ، تقرر البلازما فقط القيام بذلك ، باستخدام مجال مغناطيسي معين ، وهو زجاجة أو فوهة مغناطيسية. و هذا كل شيء. لذا فإن الأمر يشبه الحصول على الشلال دون ضخ المياه من خلاله. هذا هو المفهوم الأساسي.
لذا أجرت وكالة الفضاء الأوروبية هذه الدراسة المستقلة للتحقق من صحة مفهوم الطبقة المزدوجة. هل رأيت أحدث بيان صحفي؟
فريزر: نعم ، لدي.
د. تشارلز: لذلك كانت هناك هذه الدراسة الأخيرة من قبل أستراليا. لدينا أول نموذج أولي ، وقد أظهرنا بعض الجوانب ؛ بالرغم من ذلك ، لم يتم قياس الدفع في غرفة محاكاة الفضاء حتى الآن. كما تحققت وكالة الفضاء الأوروبية من صحة الفكرة وراء الدافع ، وهو مفهوم الطبقة المزدوجة. هذا هو المكان الذي نحن فيه الآن.
فريزر: إذن ما أنواع المهمات التي تعتقد أن الدافع وراءها سيكون أفضل؟
دكتور تشارلز: يجب أن تكون المهام طويلة المدى حقًا حيث تضطر إلى الذهاب ببطء ، ولكن لفترة طويلة. ولديها أيضًا جانب السلامة الجميل هذا. لديها القدرة على استخدامها لرحلات الفضاء المأهولة. لذا فهي حقًا لمهمات الفضاء العميق ، أو الذهاب إلى المريخ ... أشياء من هذا القبيل.
فريزر: فهمت. أعتقد أن إحدى مزاياها الرئيسية هنا هي أنها تحتوي على أجزاء متحركة أقل - أجزاء يمكن أن تتعطل.
د. تشارلز: ويمكن تعزيزه في السلطة ، وهو أمر مهم أيضًا. أجرت ناسا محاكاة لنوع القوة التي ستحتاجها لإرسال البشر إلى المريخ ، وهي في نطاق ميجاوات. لذلك يجب أن يكون لديك القوة. ستحتاج إلى أن تكون قادرًا على زيادة الدوافع الخاصة بك أيضًا. إنهم بحاجة إلى أن يكونوا قادرين على العمل تحت سلطة كبيرة للقيام بهذه المهمة. ما فعلته وكالة ناسا هو أنه إذا كان لديك صاروخ بلازما مناسب ، أو صاروخ بلازما ، فيمكنك تقليل الوقت للذهاب إلى المريخ لأنه إذا كنت تستخدم تقنية البلازما ، فيمكنك استخدام المسارات الجيوديسية. إذا كنت تستخدم الدفع الكيميائي ، فسيكون لديك مثل مسار الباليستية. لذا يمكنك تقليل السفر عبر الزمن إلى المريخ على سبيل المثال.
فريزر: ما هي الخطوات التالية لبحثك؟
دكتور تشارلز: حسنًا ، نحن نقوم بأشياء مختلفة بالتوازي. ما زلنا نعمل بقوة على الطبقة المزدوجة نفسها لأن هذا هو نوع جميل جدًا من الفيزياء لديه جميع أنواع التطبيقات الأخرى للشفق ، أو تسارع الرياح الشمسية ، إلخ. لدينا أيضًا غرفة محاكاة فضاء جديدة هنا في الجامعة الوطنية الأسترالية. وقد قمنا بتركيب النموذج الأولي ، الذي عاد من وكالة الفضاء الأوروبية ، إلى غرفة محاكاة الفضاء. وسنبدأ في محاولة قياس توازن الدفع وطرق أخرى ، ربما اعتبارًا من يناير 2006. وقد تكون هناك أخبار أخرى ، لا أعرف. سنرى كيف ستسير الامور. بالتأكيد سنبذل الكثير من الجهد في هذا الموضوع. إنه أمر رائع للغاية لأن الكثير من الأشخاص مهتمون بالنتيجة.
معلومات الصاروخ HDLT من ANU
