Sekiranya anda akan terbang di angkasa, anda memerlukan sejenis sistem pendorong. Teknologi tujahan baru yang disebut Helicon Double Layer Thruster boleh menjadi lebih efisien dengan bahan bakarnya. Christine Charles dari Universiti Nasional Australia di Canberra adalah penemu.
Dengarkan temu ramah: Plasma Thruster Prototype (5.5 MB)
Atau melanggan Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Bolehkah anda memberi saya latar belakang mengenai teknologi penekanan yang anda ciptakan?
Dr. Christine Charles: Baiklah, tujahan ini disebut HDLT, yang merupakan singkatan dari Helicon Double Layer Thruster, dan ini adalah jenis aplikasi plasma thruster baru untuk perjalanan jauh. Dan latar belakangnya adalah kepakaran kami dalam teknologi plasma, plasma ruang, pemprosesan plasma untuk merawat permukaan dan pelbagai aplikasi lain.
Fraser: Oleh itu, enjin kegemaran kumpulan penerokaan angkasa lepas adalah mesin ion, yang telah menunjukkan prestasi yang cukup baik sebagai mesin penjimatan bahan bakar. Bagaimana enjin yang anda kerjakan berkaitan dengan mesin ion? Bolehkah anda memberi konteks kepada orang lain?
Dr. Charles: Ya, ada beberapa aspek umum dan beberapa aspek yang sangat berbeza. Jadi, pertama kali enjin ion berjaya dibangunkan sejak kebelakangan ini - saya tidak tahu - 50 tahun atau lebih. Ia berkembang dengan baik sekarang. Tetapi HD thruster mempunyai beberapa kelebihan menarik. Pertama, ia tidak menggunakan elektrod. Oleh itu, dalam enjin ion, anda mempunyai rangkaian grid untuk mempercepat ion. Oleh itu, pendorong kami tidak mempunyai elektrod, kami mempunyai jenis mekanisme pecutan baru yang kami namakan Double Layer. Inilah sebabnya mengapa kami memanggilnya HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Ia tidak mempunyai elektrod, jadi ini bermakna ia mempunyai jangka hayat yang panjang kerana anda tidak mengalami hakisan elektrod. Yang kedua, aspek yang sangat penting adalah jika anda melihat peranti seperti enjin ion, ia mengeluarkan ion. Oleh itu, anda perlu mempunyai sumber elektron luaran untuk meneutralkan ion-ion ini, dan ini biasanya dilakukan dengan mempunyai peranti kedua di sisi tujah yang dipanggil peranti katod berongga. Sebenarnya anda mempunyai dua peranti pada enjin ion. Dan selalunya kerana mereka takut peranti katod berongga ini mungkin gagal, mereka meletakkan dua daripadanya untuk meningkatkan jangka hayat. Tetapi di HDLT, kita sebenarnya memancarkan plasma, yang dengan sendirinya mengandungi sinar ion supersonik. Oleh itu, kita mempunyai pancaran ion supersonik, yang merupakan sumber tujahan utama semasa keluar dari tujah, tetapi kita juga mempunyai plasma yang memancarkan elektron yang cukup untuk meneutralkan sinar. Oleh itu, kami tidak memerlukan peranti luaran ini yang merupakan peneutral. Itu sangat bagus kerana dapat memberikan keselamatan, dan kesederhanaan - tidak ada bahagian yang bergerak - jadi menjadikan HDLT cukup menarik untuk perjalanan ruang angkasa yang sangat dalam; sepanjang hayat. Dan satu lagi kelebihannya ialah kerana kita menggunakan konsep kedua yang disebut helicon plasma, ini adalah kaedah yang sangat efisien untuk memindahkan elektrik ke dalam zarah-zarah terisi dalam plasma. Ini bermakna kita dapat memperoleh plasma yang sangat padat dengan banyak ion dan kita dapat meningkatkan kekuatannya. Jadi, kita mungkin boleh naik hingga 100 kilowatt. Ini belum dilakukan dalam prototaip, kerana prototaip pertama kami hanya 1 kilowatt. Tetapi eksperimen lain menunjukkan bahawa dengan jenis plasma kita, kita benar-benar dapat meningkatkan daya, dan untuk melakukan itu dengan mesin ion, pada dasarnya perkara utama ialah apabila anda berada di atas beberapa kilowatt, anda harus mempunyai sekumpulan pendorong.
Oleh itu, saya katakan bahawa ini adalah hari awal untuk HDLT, tetapi kelebihan utamanya adalah peningkatan jangka hayat, kesederhanaan, skalabiliti, dan keselamatan. Dan ia juga cukup menjimatkan bahan api, yang sangat bagus.
Fraser: Dari segi prestasi, enjin ion dapat mengeluarkan daya seberat sekeping kertas, tetapi mereka dapat melakukannya selama bertahun-tahun dan membina daya tuju. Anda mengatakan bahawa anda boleh mengeluarkan lebih banyak semangat?
Dr. Charles: Pada masa ini, enjin ion semestinya yang terbaik dari segi daya tuju, untuk kilowatt, pada masa ini. Dan prototaip HDLT, yang hanya konsep dan di bawah 1 kilowatt, ia tidak sepadan dengan daya tuju. Sekiranya anda mengambil contoh enjin ion, ia biasanya mempunyai 100 milion ton untuk satu kilowatt. Kami bercakap mungkin 3-5 kali lebih sedikit pada masa ini, tetapi anda harus melihat bahawa kami tidak mempunyai 20 tahun pembangunan. Hari-hari awal, dan kita pasti dapat meningkatkan teknologinya.
Fraser: Dan seperti yang saya fahami sekarang, Agensi Angkasa Eropah telah menggunakan teknologinya dan melakukan beberapa ujian dalaman. Dan bagaimana keadaan mereka?
Dr. Charles: Baiklah, mereka mempunyai beberapa projek. Perkara pertama ialah kami mendapat geran di Australia dari agensi pembiayaan, dan itu adalah pada tahun 2004-2005. Dan kami merancang dan mengeluarkan prototaip HDLT pertama, yang kami bawa ke ESA pada April lalu, dan yang kami uji selama sebulan. Kami mempunyai dana yang terhad sehingga kami tidak dapat mengujinya lebih dari sebulan. Dan ini menunjukkan bahawa semua aspek tujahan berfungsi dengan sempurna. Tetapi kami menguji semua kekuatan yang kami dapat, dan kami mempunyai tekanan gas yang berbeza, dan lain-lain. Kami tidak mempunyai diagnostik yang kami perlukan untuk mengukur daya tuju, jadi kami tidak tahu apa itu daya tuju sebenarnya. Dorongan yang kita miliki adalah apa yang dapat kita ukur dari pancaran ion di Australia - ia masih harus dilakukan. Dan berdasarkan konsep lapisan dua yang sangat baru ini, yang harus kami yakinkan kepada orang lain. Dan ESA menganggapnya sangat menarik, jadi mereka memutuskan untuk membuat kajian bebas untuk mengesahkan kesan lapisan dua. Ini adalah konsep asas di sebalik teras itu; mekanisme pecutan. Jadi sekarang kita mesti melihat perkara ini.
Apakah lapisan dua? Anda boleh bayangkan, seperti sungai dan tiba-tiba dasar sungai jatuh sehingga air terjun dibuat. Kemudian anda mempunyai ion-ion ini yang jatuh di air terjun ini, dan dipercepat dan kemudian disambungkan ke roket dengan halaju ekzos yang besar. Jadi lapisan ganda adalah penurunan plasma yang berpotensi. Yang sangat menarik ialah di HDLT, kami tidak mempunyai elektrod; plasma memutuskan untuk melakukan ini, dengan menggunakan medan magnet tertentu, iaitu botol magnet atau muncung. Dan itu sahaja. Jadi seperti air terjun tanpa mengepam air. Jadi ini adalah konsep asas.
Oleh itu, ESA mempunyai kajian bebas ini untuk mengesahkan konsep lapisan dua. Adakah anda pernah melihat siaran akhbar terbaru?
Fraser: Ya, saya ada.
Dr. Charles: Jadi ada kajian terbaru oleh Australia ini. Kami mempunyai prototaip pertama, dan kami telah menunjukkan beberapa aspek; walaupun, daya tuju belum diukur di ruang simulasi ruang. Dan ESA juga telah mengesahkan konsep di sebalik thruster, yang merupakan konsep lapisan dua ini. Jadi di sinilah kita berada pada masa ini
Fraser: Oleh itu, jenis misi apa yang anda fikir HDLT thruster akan lebih baik?
Dr. Charles: Ini mesti untuk misi jangka panjang di mana anda terpaksa pergi perlahan-lahan, tetapi untuk waktu yang lama. Dan juga mempunyai aspek keselamatan yang bagus ini. Ini berpotensi untuk digunakan untuk penerbangan ruang angkasa berawak. Oleh itu, ini benar-benar untuk misi angkasa lepas, atau pergi ke Marikh ... perkara seperti itu.
Fraser: Saya faham. Saya rasa salah satu kelebihan utamanya di sini ialah ia mempunyai bahagian yang kurang bergerak - bahagian yang boleh rosak.
Dr. Charles: Dan itu dapat ditingkatkan dengan kekuatan, yang juga penting. NASA telah membuat simulasi jenis kekuatan yang anda perlukan untuk menghantar manusia ke Marikh, dan ia berada dalam jarak megawatt. Oleh itu, anda harus mempunyai kekuatan. Anda juga mesti dapat meningkatkan pendorong anda. Mereka perlu dapat beroperasi dengan kekuatan yang besar untuk melakukan tugas tersebut. Apa yang NASA lakukan adalah menunjukkan bahawa jika anda dapat menggunakan pelempar plasma, atau roket plasma, anda dapat mengurangkan waktu untuk pergi ke Mars kerana jika anda menggunakan teknologi plasma, anda dapat menggunakan lintasan geodesi. Sekiranya anda menggunakan dorongan kimia, anda akan lebih seperti lintasan balistik. Oleh itu, anda boleh mengurangkan perjalanan masa ke Mars misalnya.
Fraser: Jadi apa langkah seterusnya untuk penyelidikan anda?
Dr. Charles: Baiklah, kita melakukan pelbagai perkara secara selari. Kami masih mengusahakan lapisan ganda itu sendiri kerana ini adalah jenis fizik yang sangat baik yang mempunyai semua jenis aplikasi lain untuk aurora, atau pecutan angin suria, dan lain-lain. Kami juga mempunyai ruang simulasi ruang baru di sini di Universiti Nasional Australia. Dan kami telah memasang prototaip, yang kembali dari ESA, ke ruang simulasi ruang itu. Dan kita akan mula berusaha mengukur keseimbangan tuju dan cara lain, mungkin dari Januari 2006. Dan mungkin ada berita lain yang berlaku, saya tidak tahu. Kita akan melihat bagaimana keadaannya. Kami pasti akan berusaha sedaya upaya dalam subjek ini. Ia sangat menarik kerana ramai orang berminat dengan hasilnya.
Maklumat Thruster HDLT dari ANU
