Helicon reaktor i drift. Bildkredit: ESA Klicka för förstoring
ESA har bekräftat principen om en ny rymdpropeller som i slutändan kan ge mycket mer kraft än dagens elektriska framdrivningstekniker. Konceptet är ett genialt inspirerat av den norra och södra auroraen, glöden på himlen som signalerar ökad solaktivitet.
? I huvudsak utnyttjar konceptet ett naturfenomen som vi ser äger rum i rymden ,? säger Dr Roger Walker från ESA: s Advanced Concepts Team. ”När solvinden, en? Plasma? av elektrifierad gas frigiven av solen, träffar magnetfältet på jorden, det skapar en gräns bestående av två plasmaskikt. Varje lager har olika elektriska egenskaper och detta kan påskynda vissa partiklar av solvinden över gränsen, vilket får dem att kollidera med jordens atmosfär och skapa auroran. "
I huvudsak är ett plasma-dubbelskikt den elektrostatiska ekvivalenten till ett vattenfall. Precis som vattenmolekyler tar upp energi när de faller mellan de två olika höjderna, så hämtar elektriskt laddade partiklar energi när de reser genom skikten med olika elektriska egenskaper.
Forskarna Christine Charles och Rod Boswell vid Australian National University i Canberra skapade först plasma-dubbla lager i sitt laboratorium 2003 och insåg att deras accelererande egenskaper kunde möjliggöra nya rymdfarkoster. Detta ledde till att gruppen utvecklade en prototyp som kallas Helicon Double Layer Thruster.
Den nya ESA-studien, som genomfördes som en del av ESA: s Ariadna akademiska forskningsprogram i samband med Ecole Polytechnique, Paris, bekräftar de australiensiska fynden genom att visa att dubbla lagret under noggrant kontrollerade förhållanden skulle kunna bildas och förblir stabilt, vilket möjliggör konstant acceleration av laddade partiklar i en balk. Studien bekräftade också att stabila dubbla skikt kunde skapas med olika drivgasblandningar.
? Samarbetet har varit helt utmärkt ,? säger Dr Pascal Chabert, från Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas, Ecole Polytechnique. ? Det har varit en riktig kick-off för mig och har gett mig massor av nya idéer för plasma-framdrivningskoncept att undersöka med Advanced Concepts Team. Den nya riktningen för vårt laboratorium hade lett till ett patent på en lovande ny elektrisk framdrivningsanordning som kallas en elektronegativ plasma-thruster.
För att skapa det dubbla lagret skapade Chabert och kollegor ett ihåligt rör runt vilken en radioantenn var lindad. Argongas pumpades kontinuerligt in i röret och antennen överförde helicoidal radiovågor på 13 megahertz. Detta joniserade argon och skapade en plasma. Ett divergerande magnetfält vid änden av röret tvingade sedan plasma som lämnade röret att expandera. Detta gjorde det möjligt att bilda två olika plasmor, uppströms i röret och nedströms, och så skapades det dubbla skiktet vid deras gräns. Detta påskyndade ytterligare argonplasma från röret in i en supersonisk balk, vilket skapade tryckkraft.
Beräkningar tyder på att en helikons dubbelskiktspropell skulle ta lite mer utrymme än den huvudsakliga elektriska thrusteren på ESA: s SMART-1-uppdrag, men ändå skulle den kunna leverera många gånger mer kraft vid högre effekt på upp till 100 kW samtidigt som det ger en liknande bränsleeffektivitet.
I nästa steg kommer ESA nu att konstruera en detaljerad datorsimulering av plasma i och runt thrusteren och använda laboratorieresultaten för att verifiera dess noggrannhet, så att prestanda i rymden kan utvärderas fullständigt och större experimentella thrusterar med hög effekt kan undersökt i framtiden.
Originalkälla: ESA Portal
