Noul concept de rachetă propulsor exploatează mecanismul din spatele razelor solare

Reactoarele de fuziune sunt acum considerate a fi sursa de căldură care poate aduce propulsorul de rachetă la o temperatură extrem de ridicată (și, prin urmare, o rată de evacuare) sau poate expulza plasma ultra fierbinte pentru a oferi un impuls. Credit: ITER

Un nou tip de rachetă cu propulsor care ar putea transporta omenirea Mart și mai departe a fost propus de un fizician la Laboratorul Princeton de Fizică a Plasmei al Departamentului de Energie al Statelor Unite (DOE) (PPPL).

Dispozitivul ar aplica câmpuri magnetice pentru a provoca particule de plasmă(linkul este extern), gaz încărcat electric, cunoscut și ca a patra stare a materiei, pentru a trage spatele unei rachete și, datorită conservării impulsului, a propulsa barca înainte. Spațiul actual testat plasmă combustibilii folosesc câmpuri electrice pentru a conduce particule.

Noul concept ar accelera particulele prin reconectare magnetică, un proces găsit în tot universul, inclusiv suprafața soarelui, în care liniile câmpului magnetic converg, se separă brusc și apoi se unesc. Noi, producând multă energie. Reconectarea are loc și în cadrul fuziunii în formă de gogoașă(linkul este extern) dispozitive cunoscute sub numele de tokamaks(linkul este extern).

„Gătesc acest concept de mult timp”, a spus fizica cercetătorului principal PPPL, Fatima Ebrahimi, inventatorul conceptului și autorul unui articol(linkul este extern) detaliind ideea în Jurnal de fizică a plasmei. „Am avut ideea în 2017, în timp ce stăteam pe o punte și mă gândeam la asemănările dintre eșapamentul unei mașini și particulele de eșapament de mare viteză create de Experimentul National Torus Sferic (NSTX) al PPPL”, precursorul actualului fuziune emblematică a laboratorului facilitate. „În timpul funcționării sale, acest tokamak produce bule magnetice numite plasmoide care se mișcă cu aproximativ 20 de kilometri pe secundă, ceea ce mi s-a părut foarte insistent”.

Fuziunea, puterea care mișcă soarele și stelele, combină elemente luminoase sub formă de plasmă (starea fierbinte și încărcată a materiei compusă din electroni liberi și nuclei atomici reprezentând 99% din universul vizibil) pentru a genera cantități mari de energie. Oamenii de știință caută să reproducă fuziunea pe Pământ pentru a obține o sursă de energie practic inepuizabilă pentru a genera electricitate.

Propulsorii de plasmă curenți care utilizează câmpuri electrice pentru a propulsa particulele pot produce doar o viteză specifică sau un impuls redus. Dar simulările pe computer efectuate pe calculatoarele PPPL și Centrul Național de Cercetare Științifică pentru Energie Națională, un centru pentru utilizatori în biroul științific al DOE din Laboratorul Național Lawrence Berkeley din Berkeley, California, au arătat că noul concept de propulsor al plasmei poate genera scurgeri la viteze de sute de kilometri pe ora. în al doilea rând, de zece ori mai rapid decât cele ale altor motoare.

Această viteză mai rapidă la începutul călătoriei unei nave spațiale ar putea aduce planetele exterioare la îndemâna astronauților, a spus Ebrahimi. „Călătoria pe distanțe lungi durează luni sau ani, deoarece forța specifică a motoarelor cu rachete chimice este foarte scăzută, astfel încât barca durează ceva timp să ajungă din urmă”, a spus el. „Dar dacă facem unități bazate pe reconectare magnetică, am putea efectua misiuni pe termen lung într-o perioadă mai scurtă de timp.”

Există trei diferențe principale între conceptul de elice al lui Ebrahimi și alte dispozitive. Primul este că schimbarea puterii câmpurilor magnetice poate crește sau reduce cantitatea de împingere. „Folosind mai mulți electro-magneți și mai multe câmpuri magnetice, puteți roti un buton pentru a regla viteza”, a spus Ebrahimi.

În al doilea rând, noul propulsor produce mișcare prin expulzarea particulelor de plasmă și a bulelor magnetice cunoscute sub numele de plasmoide. Plasmoidele oferă putere la propulsie și niciun alt concept de propulsor nu le încorporează.

În al treilea rând, spre deosebire de conceptele actuale de combustibil dependent de câmpul electric, câmpurile magnetice ale conceptului Ebrahimi permit plasmei din interiorul combustibilului să fie alcătuită din atomi grei sau ușori. Această flexibilitate permite oamenilor de știință să adapteze cantitatea de forță pentru o anumită misiune. „În timp ce alți propulsori necesită gaze grele, formate din atomi precum xenon, în acest concept puteți utiliza orice tip de gaz doriți”, a spus Ebrahimi. Oamenii de știință pot prefera gazul ușor în unele cazuri, deoarece atomii mai mici se pot mișca mai repede.

Acest concept extinde portofoliul de cercetare a propulsiei spațiale a PPPL. Alte proiecte includ Experimentul Hall Thruster, care a fost început în 1999 de către fizicienii PPPL Yevgeny Raitses și Nathaniel Fisch pentru a investiga utilizarea particulelor de plasmă pentru nava spațială în mișcare. Raitii și studenții investighează, de asemenea, utilizarea elicelor Hall minuscule pentru a da sateliților mici numiți CubeSats o manevrabilitate mai mare pe măsură ce orbitează Pământul.

Ebrahimi a subliniat că conceptul său de propulsor provine direct din cercetările sale privind energia de fuziune. „Această lucrare a fost inspirată de fuziunea trecută și este pentru prima dată când plasmoizii și reconectarea sunt propuși pentru propulsia spațială”, a spus Ebrahimi. “Următorul pas este să construiești un prototip!”

Referință: „An Alfvenic reconnecting plasmoid thrustor” de Fatima Ebrahimi, 21 decembrie 2020, Jurnal de fizică a plasmei.
DOI: 10.1017 / S0022377820001476

Sprijinul pentru această cercetare a venit din fonduri de la Oficiul de Științe ale Energiei Fuzionale al DOE și fonduri de cercetare și dezvoltare (LDRD) conduse de laborator, care au fost puse la dispoziție prin intermediul Biroului de Științe.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.