Page Nav

GRID_STYLE

Efek

TRUE

Classic Header

{fbt_classic_header}

Son Dakika:

latest

Derin Uzay Keşfi için Tasarlanmış Plazma-Güçlü Roket

  Derin Uzay Keşfi için Tasarlanmış Plazma-Güçlü Roket Derin uzay araştırmaları için tasarlanmış plazma tabanlı roket, daha uzun süre day...


 


Derin Uzay Keşfi için Tasarlanmış Plazma-Güçlü Roket

Derin uzay araştırmaları için tasarlanmış plazma tabanlı roket, daha uzun süre dayanır ve yüksek güç üretir.

Derin uzay yolculuğuna artan ilgi, uzay aracını kozmosa itmek için güçlü, uzun ömürlü roket sistemlerinin geliştirilmesini gerektirdi. ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Princeton Plazma Fizik Laboratuvarı'ndaki ( PPPL ) bilim adamları, Hall iticisi olarak bilinen ve hem roketin ömrünü uzatan hem de yüksek güç üreten plazma tabanlı bir tahrik sisteminin küçük değiştirilmiş bir versiyonunu yarattılar .

Plazmayla çalışan minyatür cihazın çapı bir inçten daha azdır ve yenilikçi itici konfigürasyonları oluşturmak için plazma itici gazını çevreleyen duvarları kaldırır. Plazma, serbest yüzen elektronlardan ve atom çekirdeğinden veya iyonlardan oluşan bir madde halidir. Bu yenilikler arasında, başlangıçta PPPL'de tasarlanan ve araştırılan silindirik Hall iticisi ve tamamen duvarsız bir Hall iticisi bulunmaktadır. Her iki konfigürasyon da plazma-duvar etkileşimleri tarafından üretilen kanal aşınmasını azaltır, bu da itici ömrünü sınırlar - tipik halka veya halka şeklindeki Hall iticiler için ve özellikle küçük uydularda kullanılan minyatür düşük güçlü iticiler için önemli bir sorundur.

Yaygın olarak çalışılan

Silindirik Hall iticileri, 1999 yılında PPPL fizikçileri Yevgeny Raitses ve Nat Fisch tarafından icat edildi ve o zamandan beri Laboratuvarın Hall İtici Deneyi (HTX) üzerinde öğrencilerle birlikte çalışıldı. PPPL cihazları ayrıca Kore, Japonya, Çin, Singapur ve Avrupa Birliği gibi ülkelerde, Kore ve Singapur'un onları uçurmayı planladığı ülkelerde incelenmiştir.

Duvarsız Hall iticileri kanal aşınmasını en aza indirebilirken, sistemin performansını düşüren plazma itme bulutunun aşırı genişlemesi veya ayrışması sorunuyla karşı karşıyadırlar. Bu sorunu azaltmak için PPPL, eşmerkezli olarak birleştirilmiş bir akım taşıyıcısı olan segmentli bir elektrot şeklindeki yeni duvarsız sistemine önemli bir yenilik yerleştirdi. Raitses, bu yenilik yalnızca sapmayı azaltmakla ve roket itişini yoğunlaştırmaya yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda gücün düzgün dağıtımını kesintiye uğratan küçük boyutlu Hall itici plazmalarının hıçkırıklarını da bastırıyor.

Lisansüstü öğrencisi Jacob Simmonds, ortada, danışmanları Masaaki Yamada, solda ve Yevgeny Raitses, arkalarında duvarsız Hall iticisi figürüyle. Kredi: Elle Starkman/İletişim Ofisi tarafından Yamada ve Raitses fotoğrafları; Tyler Boothe'nin Simmonds fotoğrafı. Kiran Sudarsanan'ın kolajı.

Yeni bulgular, Princeton Üniversitesi Makine ve Uzay Mühendisliği Bölümü'nde yüksek lisans öğrencisi olan Jacob Simmonds'ın doktora yardımcı danışmanı Raitses ile birlikte yayınladığı bir dizi makaleyi kapsıyor; PPPL fizikçisi Masaaki Yamada, diğer yardımcı danışman olarak görev yapıyor. Düşük sıcaklıklı plazma fiziği ve HTX üzerine PPPL araştırmasına liderlik eden Raitses, “Son iki yılda, burada açıklanan dinamik iticiye yol açan yeni plazma iticileri fiziği üzerine üç makale yayınladık” dedi. "Bu alanda yeni gelişmeler vaat eden yeni bir etkiyi anlatıyor."

Hall iticilere segmentli elektrotların uygulanması yeni değildir. Raitses ve Fisch, daha önce geleneksel halka şeklindeki Hall iticilerinde plazma akışını kontrol etmek için bu tür elektrotları kullanmıştı. Ancak Simmonds'un Applied Physics Letters'daki son makalesinde ölçtüğü ve tanımladığı etki çok daha güçlü ve genel itici çalışması ve performansı üzerinde daha büyük bir etkiye sahip.

Tüy odaklama

Yeni cihaz, plazma iticinin roketten geniş açılardan ateş etmesine izin vererek, roketin itişine çok az katkıda bulunan duvarsız Hall iticileri sorununun üstesinden gelmeye yardımcı oluyor. Simmonds, "Kısacası, duvarsız Hall iticileri umut vaat ederken, kanal duvarlarının olmaması nedeniyle odaklanmamış bir tüye sahipler" dedi. "Bu yüzden, itişi ve verimliliği artırmak ve onu uzay aracı için daha iyi bir genel itici yapmak için bulutu odaklamanın bir yolunu bulmamız gerekiyordu."

Parçalı elektrot, plazmayı şekillendirmek ve dumanın odağını daraltmak ve iyileştirmek için elektrik akımını iticinin yüksek voltajlı standart elektrotundan uzağa yönlendirir. Elektrot, plazma içindeki kuvvetlerin, özellikle de sistemin roketi itmek için hızlandırdığı iyonize ksenon plazma üzerindeki kuvvetlerin yönlerini değiştirerek bu etkiyi yaratır. İyonizasyon, kullanılan işlemin ksenon gazını serbest duran elektronlara ve atom çekirdeğine veya iyonlara dönüştürdü.

Bu gelişmeler, Hall iticileri için önemli bir hedef olan daha az hacimde daha fazlasını şekillendirerek itme yoğunluğunu arttırdı. Simmonds, segmentli elektrotun ek bir faydasının, "zamanla iyonlaşma hızı değiştikçe plazma miktarının periyodik olarak arttığı ve azaldığı" solunum modu salınımları olarak adlandırılan plazma kararsızlıklarının azaltılması olmuştur. Şaşırtıcı bir şekilde, segmentli elektrot bu salınımların kaybolmasına neden olduğunu ekledi. "Bölmeli elektrotlar, bu nedenlerle Hall iticileri için çok faydalıdır" dedi.

Yeni yüksek itme yoğunluklu roket, özellikle küçük kübik uydular veya CubeSats için faydalı olabilir. Simmonds'un güneş patlamaları, Kuzey ışıkları ve diğer uzay fenomenlerinin arkasındaki süreci inceleyen Manyetik Yeniden Bağlantı Deneyi'ne (MRX) başkanlık eden yardımcı doktora danışmanı Masaaki Yamada, bir CubeSat'a güç sağlamak için duvarsız segmentli bir elektrot sisteminin kullanılmasını önerdi. Simmonds ve Princeton'da 1911 yılında Evans Crawford Fizik Profesörü olan Prof. Daniel Marlow'un rehberliğinde çalışan lisans öğrencilerinden oluşan ekibi, bir CubeSat ve böyle bir roket geliştirme önerisini kabul etti . -19 pandemi ve bu gelecekte devam ettirilebilir.

Referans: J. Simmonds ve Y. Raitses, 22 Kasım 2021, Applied Physics Letters .
DOI: 10.1063/5.0070307

Bu çalışma için destek DOE Bilim Ofisi'nden geliyor.

Princeton Üniversitesi'nin Plainsboro, NJ'deki Forrestal Kampüsü'ndeki PPPL, plazmaların fiziği hakkında yeni bilgiler yaratmaya (aşırı sıcak, yüklü gazlar) ve füzyon enerjisinin yaratılması için pratik çözümler geliştirmeye adamıştır.

Hiç yorum yok