Йонен двигател може да достигне Марс за 39 дни

Публикувано от FutureMaster в Космос, ТранспортJul 29th, 2009 | 2 responses

Миналата седмица, когато света отпразнува първото кацане на Луната, астронавтите от Аполо 11 Бъз Олдрин и Майкъл Колинс посочиха, че НАСА ще направят Марс своята следващата цел. Но с химическата задвижващата система, която ги закара на луната ще отнеме най-малко шест месеца и стотици милиарди долари. Въпреки това, една нова йонно плазмена ракетата е разработена от друг бивш астронавт, Франклин Чанг-Диас, може да достигнат Марс само 39 дни с помощта на част от горивото.

Проблемът с традиционните ракети е, че те са ужасно неефективни. Около 90% от първоначалното теглото на горивото за мисията изгаря за да се избегне земното гравитационно придърпване. След това, традиционна ракета можеше само бавно по инерция да достигне Марс. Много бавно. Учените описват ракетната ефективност от гледна точка на специфичния импулс, който е грубa мярка за това колко бързо горивото е изхвърлено зад ракетата. А химическaтa ракетата е с относително нисък специфичен импулс на 450 секунди – с други думи, тя получава половин килограм на натиск от един килограм гориво за 450 секунди.

Прототипа на Чанг-Диаз обещава конкретни импулси по-високи от 15000 секунди. Как? Е, неговата ракета не постига задвижване чрез изгорено гориво, а по-скоро чрез супернагряване на атоми да се създаде и експулсира плазмена струйка.

Променлива Специфична Импулсна Магнитоплазмена Ракета (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket, за по-кратко VASIMR) се състои от три свързани магнитни клетки (3 етапа). Първият етап се работи малко като котел, загряване на атомите на неутрален газ като аргон с радиочестотен (RF) генератор, докато електроните “заврат” и образуват плазма.

Плазмата е много гореща – около 50000 градуса по Целзий – но не е достатъчно за образуване на ефективен натиск. Вторият етап от VASIMR действа като усилвател, допълнителни зареждане на плазмата използва електромагнитни вълни. До тук, плазмата достига около един милион градуса, сравнима с центъра на слънцето.

Третият и последен етап е “магнитна дюза”, който преобразува енергията на този супернагорещена плазма в насочено движение и, в крайна сметка, висока скоростна тяга. И, в случай, че се чудите как нещо толкова горещо може да бъде евентуално съхранено, това е една от причините клетките да са целите магнитни. Магнитно поле не само помага на топлина плазмата, но също така я удържа, така че да не докосва нищо.

VASIMR може теоретично, достигне нива на мощност сто пъти по-големи от тези на други йонни двигатели. Но има още два големи проблема, които трябва да се обърне внимание преди някой да започнете да си стяга багажа за Марс.

Първата е, че 200kW VASIMR произвежда само половин килограм тяга. Това е повече от достатъчно във вакуум на пространството, където йонен двигател може да работи непрекъснато в продължение на месеци и с половин килограм тяга може да закарате два тона товар от слънцето до Юпитер за 19 месеца. Но това означава, VASIMR няма да напусне Земята с този двигател – тя ще трябва да се издигне с една от онези стари газ пръскащи ракети.

Вторият проблем е, че докато настоящия двигател може да работи изцяло от слънчева енергия – което го прави добър лунни пътувания и други близки до земните места – за дълбоко пространство мисия, ще трябва по-скоро 200MW мощност. И само ядрен реактор на борда, може да предостави това.

Междувременно Чанг-Диас и колегите му в Ad Astra Rocket Company са заети да приготвят VASIMR за тест през с НАСА през 2012 година за Международната космическа станция. Той може просто да бъде началото на нова мощност в дългите космически пътувания.