Om du ska flyga i rymden behöver du ett slags framdrivningssystem. En ny drivningsteknik som kallas Helicon Double Layer Thruster kan vara ännu effektivare med sitt bränsle. Dr Christine Charles från Australian National University i Canberra är uppfinnaren.
Lyssna på intervjun: Plasma Thruster Prototype (5,5 MB)
Eller prenumerera på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Kan du ge mig lite bakgrund till den teknik som du har uppfunnit?
Dr. Christine Charles: Okej, den här thrusteren kallas HDLT, som står för Helicon Double Layer Thruster, och det är en ny typ av plasma-thruster-applikation i djupa rymdresor. Och bakgrunden är vår expertis inom plasmateknologi, rymdplasma, plasmabehandling för behandling av ytor och en mängd andra applikationer.
Fraser: Så, favoritmotorn i rymdutforskningen som idag är jonmotorn, som har visat ganska bra prestanda som en bränsleeffektiv motor. Hur relaterar motorn du arbetar med en jonmotor? Kan du ge människor lite sammanhang?
Dr. Charles: Ja, det finns några vanliga aspekter och några mycket olika aspekter. Så först har jonmotorn framgångsrikt utvecklats tidigare - jag vet inte - 50 år eller så. Det är ganska väl utvecklat nu. Men HD-thrusteren har några intressanta fördelar. Först använder den inga elektroder. Så i jonmotorn har du en serie rutnät för att påskynda jonen. Så vår thruster har inte elektroder, vi har en ny typ av accelerationsmekanism som vi kallar Double Layer. Det är därför vi kallar det HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Den har inga elektroder, så det betyder att den har en lång livslängd eftersom du inte har elektroderosion. Och en andra, väldigt viktig aspekt är att om du ser på enheter som jonmotorer avger de joner. Så du måste ha en extern elektronkälla för att neutralisera dessa joner, och det görs i allmänhet genom att ha en andra enhet på sidan av thrusteren som kallas en ihålig katodanordning. I själva verket har du två enheter på en jonmotor. Och ofta för att de är rädda för att dessa ihåliga katodenheter kan misslyckas sätter de två av dem för att öka livslängden. Men i HDLT avger vi faktiskt en plasma, som i sig innehåller en supersonisk jonstråle. Så vi har den supersoniska jonstrålen, som är den huvudsakliga kraftkällan när den lämnar trycket, men vi har också plasma som avger precis tillräckligt med elektroner för att neutralisera strålen. Så vi behöver inte den här externa enheten som är neutraliseraren. Det är väldigt bra eftersom det kan ge säkerhet och enkelhet - det finns inga rörliga delar - så det gör HDLT ganska attraktivt för mycket djupa rymdresor; lång livslängd. Och en annan fördel är att eftersom vi använder ett andra koncept som kallas helicon plasma, är det ett mycket effektivt sätt att överföra elektricitet till de laddade partiklarna i plasma. Det betyder att vi kan få riktigt täta plasmas med många joner och att vi kan skala upp i kraft. Så vi kan antagligen gå upp till 100 kilowatt. Detta har ännu inte gjorts här i en prototyp, för vår första prototyp var bara 1 kilowatt. Men andra experiment har föreslagit att med vår typ av plasma kan vi verkligen skala upp i kraft, och för att göra det med en jonmotor, är i huvudsak det viktigaste att när du går över några kilowatt måste du ha ett kluster av propellrar.
Så jag skulle säga att det är riktigt tidiga dagar för HDLT, men de viktigaste fördelarna är ökad livslängd, enkelhet, skalbarhet och säkerhet. Och det är också ganska bränsleeffektivt, vilket är mycket bra.
Fraser: När det gäller prestanda kan jonmotorer sätta ut vikten på pappersvikten, men de kan göra det i flera år och bygga upp drivkraften. Du säger att du kan få mer kraft?
Dr. Charles: För närvarande är jonmotorer definitivt de bästa med tanke på drivkraften för kilowatt just nu. Och HDLT-prototypen, som bara är ett koncept och under 1 kilowatt, stämmer inte med drivkraften. Om du tar exemplet med en jonmotor har den vanligtvis 100 miljon ton per kilowatt. Vi pratar förmodligen 3-5 gånger mindre för tillfället, men du måste se att vi inte har haft 20 års utveckling. Det är tidiga dagar, och vi kan säkert förbättra tekniken.
Fraser: Och så som jag förstår nu har Europeiska rymdorganisationen tagit fram tekniken och gjort några interna tester. Och hur har det gått för dem?
Dr. Charles: Okej, de hade några projekt. Det första är att vi hade ett bidrag i Australien från ett finansieringsorgan, och det var under 2004–2005. Och vi designade och tillverkade den första HDLT-prototypen, som vi tog med till ESA i april förra året, och som vi testade i en månad. Vi hade begränsad finansiering så vi kunde inte testa det på mer än en månad. Och detta visade att alla aspekter av thrusteren fungerade perfekt. Men vi testade alla krafter som vi kunde, och vi hade olika gastryck, etc. Vi hade inte den diagnostik vi behövde för att mäta drivkraften, så vi visste inte vad den faktiska drivkraften var. Det drivkraft vi har är vad vi kan mäta från jonstrålen i Australien - det måste fortfarande göras. Och det är baserat på detta helt nya koncept av det dubbla lagret, som vi var tvungna att övertyga människor om. Och ESA tyckte att det var riktigt intressant, så de hade beslutat att ha en oberoende studie för att validera dubbellagerseffekten. Det är det grundläggande konceptet bakom thrusteren; accelerationsmekanismen. Så nu måste vi verkligen se vad det här handlar om.
Vad är ett dubbelskikt? Du kan bara tänka dig att det är som en flod och plötsligt faller floden nedåt så att ett vattenfall skapas. Sedan har du dessa joner som faller ner i detta vattenfall och blir accelererade och sedan ansluts till raketten med en stor avgashastighet. Så det dubbla lagret är en potentiell droppe i plasma. Det som är mycket intressant är att vi inte har några elektroder i HDLT; plasma beslutar bara att göra detta genom att använda ett visst magnetfält, som är en magnetisk flaska eller munstycke. Och det är allt. Så det är som att ha vattenfallet utan att pumpa vattnet igenom. Så detta är det grundläggande konceptet.
Så ESA hade denna oberoende studie för att validera begreppet dubbelskikt. Har du sett det senaste pressmeddelandet?
Fraser: Ja, det har jag.
Dr. Charles: Så det var den senaste studien från Australien. Vi har den första prototypen och vi har visat några aspekter; Även om drivkraften ännu inte har uppmätts i en rymdsimuleringskammare. Och ESA har också validerat konceptet bakom thrusteren, som är detta dubbelskiktskoncept. Så det är där vi är just nu.
Fraser: Så vilka uppdrag tror du att HDLT-thrusteren skulle vara bättre för?
Dr. Charles: Det måste vara riktigt långsiktiga uppdrag där du tvingas gå långsamt, men under lång tid. Och det har också den här trevliga säkerhetsaspekten. Det har potential att användas för bemannad rymdflyg. Så det är verkligen för djupa rymdsuppdrag, eller åka till Mars ... sådana saker.
Fraser: Jag förstår. Jag antar att en av dess främsta fördelar här är att den har mindre rörliga delar - delar som kan gå sönder.
Dr. Charles: Och det kan skalas upp i kraft, vilket också är viktigt. NASA har gjort en simulering av vilken typ av kraft du skulle behöva för att skicka människor till Mars, och det är inom megawattområdet. Så du måste ha kraften. Du måste också kunna bygga upp dina thrusterar. De måste kunna arbeta under stor kraft för att göra jobbet. Vad NASA gjorde är att visa att om du kunde ha en ordentlig plasmastruster, eller plasmaket, kan du minska tiden för att gå till Mars eftersom du kan använda geodesiska banor om du använder plasmateknologi. Om du använder kemisk framdrivning har du mer som en ballistisk bana. Så du kan till exempel minska tidsresan till Mars.
Fraser: Så vad är nästa steg för din forskning?
Dr. Charles: Tja, vi gör olika saker parallellt. Vi arbetar fortfarande mycket starkt på själva dubbla lagret eftersom det här är en mycket trevlig typ av fysik som har alla typer av andra tillämpningar på auroran, eller solvindkraft, etc. Vi har också en ny rymdsimuleringskammare här vid Australian National University. Och vi har monterat prototypen, som är tillbaka från ESA, i den rymdsimuleringskammaren. Och vi kommer att börja försöka mäta tryckbalansen och andra sätt, antagligen från januari 2006. Och det kan hända andra nyheter, jag vet inte. Vi får se hur det går. Vi kommer definitivt att satsa mycket på detta ämne. Det är väldigt fascinerande eftersom många människor är intresserade av resultatet.
HDLT Thruster Information från ANU
