NASA oraz firma Ad Astra Rocket Co. podpisały porozumienie, w ramach którego ma być rozwijany zaawansowany rakietowy napęd plazmowy, nad którym badania trwają od 25 lat. Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR) mógłby przyspieszyć podróż na Marsa ponad dwukrotnie.

W umowie chodzi o umożliwienie transferu technologii do sektora prywatnego, co ma zapewnić dalszy jej rozwój. Szefem projektu z ramienia Ad Astra został fizyk i były astronauta NASA, siedmiokrotny uczestnik lotów kosmicznych, Franklin Chang-Diaz, od 1979 do 2005 roku pracujący nad projektem VASIMR.

System napędowy VASIMR ma produkować plazmę o temperaturze zbliżonej do panującej wewnątrz Słońca. Ciąg napędzanej za jego pomocą rakiety będzie setki razy silniejszy niż ciąg rakiety napędzanej konwencjonalnym chemicznym paliwem. Lepsza efektywność pomoże kilka razy zredukować zużycie paliwa. Obecnie istniejące dysze rakietowe pod wpływem wygenerowanych ekstremalnych temperatur uległyby stopieniu, VASIMR chce wykorzystać pole magnetyczne do kontrolowania uchodzenia strumienia plazmy, umożliwiając dodatkowo precyzyjne nim sterowanie.

Nowy napęd znalazłby zastosowania do podnoszenia platform orbitalnych (takich jak ISS), wynoszenia i zmiany pozycji satelitów, a także wynoszenia ładunków na Księżyc oraz w przyszłych misjach robotowych i załogowych.

Nowa technologia może również znaleźć zastosowanie poza przemysłem kosmicznym, w mikroelektronice i przemyśle ekologicznym. Rozpatruje się użycie gorącej plazmy do przetwarzania radioaktywnych odpadków nuklearnych oraz toksycznych odpadków chemicznych i biologicznych. Nadprzewodzące magnesy zaprojektowane do potrzeb napędu mogą znaleźć zastosowanie w ochronie przed promieniowaniem kosmicznym, transporcie, medycynie czy energetyce.

Poprzez transfer nowoczesnych technologii do sektora prywatnego przyspieszymy jej rozwój, ku zadowoleniu wszystkich” – mówi Helen Lane z Johnson Space Center. – “Przyszłość eksploracji kosmosu i rozwoju nowych technologii jest zależna od współpracy między przemysłem a NASA“. Przez najbliższe kilka lat, NASA będzie współpracować z As Astra, co ma zapewnić płynny transfer.

Schemat działania plazmowego systemu napędowego VASIMR.

Co to jest VASIMR

Według projektu, system napędowy VASIMR składa się z trzech głównych ogniw magnetycznych: przedniego, środkowego i tylnego. W pierwszej fazie pracy silnika, neutralny gaz, najczęściej wodór, wystrzeliwany jest do przedniego ogniwa i jonizowany. Następnie w centralnym ogniwie naładowany gaz jest podgrzewany, tak by osiągnął żądaną gęstość. Podgrzanie następuje za pomocą fal elektromagnetycznych, na zasadzie podobnej do działania mikrofalówki.

Po podgrzaniu super gorący gaz, plazma, wchodzi do dwuczęściowej dyszy znajdującej się przy trzecim ogniwie, gdzie plazma zostaje odczepiona od pola magnetycznego i wyrzucona, zapewnia odpowiedni ciąg. System VASIMR musi prowadzić i kontrolować plazmę w różnych stanach temperatury i gęstości.

Jedną z największych zalet tej technologii będzie możliwość kontrolowania wyrzucanej plazmy, tak żeby uzyskać maksymalną moc. Praca silnika zależy od dwóch parametrów: ciągu i prędkości wyrzucanych cząsteczek (impulsu właściwego). Przyspieszając, statek zaopatrzony w VASIMR zmniejszałby ciąg zwiększając impuls, a podczas hamowania – odwrotnie.

Końcowym produktem VASIMR jest wyrzucana plazma. Plazma jest często nazywana czwartym stanem materii. Występuje między innymi w atmosferze słonecznej.

Prototyp napędu VASIMR podczas testów w Johnson Space Center. Na zdjęciu wypełniony plazmą prototyp silnika.

System VASIMR potrzebuje nowoczesnej technologii: jednym z najistotniejszych elementów są super przewodzące magnesy pracujące w temperaturze przestrzeni kosmicznej, oprócz tego kompaktowy system zasilania i kontroli, niewielki i niezawodny system radiowy, hybrydowa magnetyczna dysza, ekstralekkie osłony termiczne i system chłodzenia. Jedna z analiz wskazała na 200 megawatowy nuklearny system zasilający, który pozwoliłby na przesłanie na Marsa 20 ton ładunku w czasie 39 dni.

Krytyków systemu, będącego wciąż w fazie projektowej nie brakuje. Zwolennicy klasycznego napędu elektrycznego, jak silnik jonowy Deep Space 1, uważają, że projekt kryje fundamentalne wady, które nigdy nie pozwolą na jego uruchomienie. Inni zauważają, że do działania VASIMR potrzebuje znacznej mocy, którą mógłby wygenerować jedynie pokładowy reaktor nuklearny. Takie rozwiązanie sprzętowe nie jest obecnie dostępne i prawdopodobnie nie pojawi się w najbliższym czasie.

Odpierając krytykę, Chang-Diaz wspomina, że ekipie udało się już rozwiązać jeden z najpoważniejszych wcześniejszych zarzutów. Magnesy, uważane za zbyt ciężkie, są teraz 30 razy lżejsze i w pełni nadprzewodzące. Naukowcy przeprowadzili pierwsze ich testy w warunkach wysokich temperatur. Były astronauta podsumowuje, że ich praca jest wciąż w toku, naukowcy współpracują z wieloma specjalistami z wielu gałęzi fizyki, a nowe fakty wciąż czekają na odkrycie.

Autor

Anna Marszałek

Komentarze

  1. Wojtek    

    Polityka NASA — Jak się ma ta technologia do tej opracowywanej w ramach programu Prometeusz, bo słyszałem, że go wstrzymali. Czyżby zmienili koncepcje napędu dla przyszłych statków? I jeszcze jednego nie rozumiem. Skoro mają technologię, bo ją przekazują firmie prywatnej to czemu jej nie użyją, a jak nie mają, to co robili o 79 roku?

    1. aniau    

      Uscislenie — W NASA absolutnie nie maja jeszcze tej technologii, a jedynie nad nia pracuja. Moim zdaniem chodzi o transfer dotychczas otrzymanych czesciowych rowiazan, ktore byc moze przydadza sie rowniez w innych miejscach. W skrocie – jezeli nie wiadomo o co chodzi to chodzi o kase. Sadze, ze przejcie do sektora prywatnego pozwoli panu Chang-Diazowi zdobyc wiecej funduszy na swoj, traktowany raczej jako wizjonierski, projekt. Ze wczesniejszych artykulow wiadomo, ze z kasa w NASA bylo krucho. Rok 1979 oznacza z tego co sie orientuje rok powstania idei tego napedu plazmowego.

      PS. Przegladam newsa zeby usunac watpliwosci, ktore mogly sie pojawic w zwiazku z nieprecyzyjnymi sformulowaniami jezykowymi. Zapraszam do przeczytanie uzupelnienia newsa dotyczącego podstaw VASIMR.

      1. easyfly    

        Aniu: — W newsie napisałaś:

        “(…)Podgrzanie następuje za pomocą fal magnetycznych, na zasadzie podobnej do działania mikrofalówki(…)”

        Wydaje mi się, ze powinno być “fal elektro-magnetycznych”.

        Jeśli chodzi o krytyków tej konfiguracji to po prostu goście nie mają fantazji 😉 Inżynieria materiałowa pędzi do przodu i to, co rok temu było nie możliwe dziś jest na topie. Osobiście uważam, że największym problemem w będzie przekonanie opinii publicznej (a jak), do użycia reaktora jądrowego. Znowu pojawią się słowa krytyki, a niektórzy będą nawoływali do “nie zaśmiecania przestrzeni kosmiccznej odpadami prominiotwórczymi” 😉

        pozdr.

        ______
        http://www.easyfly.pl

        1. groskon    

          To mi się podoba — Brawo.Nareszcie ktoś zwraca uwagę na nieuctwo.Wysłałem kilka postów o napędzie VASIMR i wskazałem w nich strony NASA jaki źródło wiedzy.Reakcją było kilka kategorycznych wypowiedzi,że to science fikcion,albo stwierdzenie,cytuję ,, po co robic silniki pracujące pod napięciem MW”.Ręce opadają od takiej znajomości fizyki.Po nicku nie wiem czy odpowiadam kobiecie czy mężczyźnie, nie będę więc używał słów -pan lub pani.Jestem elektrykiem i na temat akceleracji jonów,podgrzewania mikrofalowego,emisji elektronów – mogę coś powiedzieć.Napęd VASIMR wzbudził we mnie wielkie zainteresowanie, bo opodobny pomysł omawialiśmy dosyć często 45 lat temu.Wtedy elektromagnesy nadprzewodzące ważyły dzisiątki ton. Jeżeli dr F.Chang Diaz’owi udało się całe urządzenie o mocy przekraczającej 200kW- zmieścić w masie 300kg to otrzymał rewelacyjny wynik. Na ISS ma być zainstalowany silnik VY-200,będzie się składał z dwóch jednostek o mocach po 100kW ale o przeciwnie skorelowanych polach magnetycznych. Pomimo usilnych poszukiwań nie dotarłem do wiedzy, jakie baterie będą dawały dodatkowe 100kW mocy do zasilania silnika.Sądze że najprościej można było by użyć baterii paliwowych.Na stronach NASA oglądałem animację ,,holownika księżycowego” z tym napędem. Chciał bym dodać,że gdy startował SPUTNIK miałem 16 lat.Mimo tego temat interesuje mnie nadal.Życzę powodzenia i kariery naukowej.

    2. easyfly    

      Wojtek: — Pytanie jaką mają technologię? Jeśli mają wyniki “tylko” badań (teorie wyliczenie itd.) oraz ewentualną technologię laboratoryjną całkiem zrozumiałym jest krok transferu wiedzy do jednostki komercyjnej (choć tego nie wiemy, może NASA ma tam udziały?) która korzystając z powyższego opracuje technologię masową. Pamietajmy, że NASA jest jednak molochem, który lubi topić fundusze, a w firmie nastawionej na zyski nowe technologie wdrażane są z uwzględnieniem kosztów i zysków w rozsądnych terminach.

  2. easyfly    

    i bardzo dobrze…. — Myślę, że technologie plazmowe “użyźnią” niejedną dziedzinę techniki i nie tylko astronautyka na tym skozysta. To bardzo dobrze, że prywatne firmy będą mogły z większą intensywnością pracować nad nowymi rodzajami napędów… W ostatnich latach nasza wiedzia na temat plazmy bardzo wzrosła a Polacy całkiem dobrze się tu prezentują (chociażby RF/MW CVD) cały czas się uczymy czerpać korzyści z plazmy…
    Wierzę, że za 10 lat pierwsze napędy instalowany w nowych wahadłowcach oczarują nas swoją “sprawnością”.

    Ave.
    _________
    http://www.easyfly.pl

  3. kamil77    

    Super — Ten silnik jest super.Musza go jak najszybciej montowac w sondach i wahadłowcach ,bez wzgledu na koszty bo po co wysylac inne misje ,ktore beda trwac 3 razy dluzej.

    1. groskon    

      Jestem ciekaw — Jestem ciekawy czy nadal interesuje pana temat VASIMR? Dopiero teraz mam czas na przeglądenie postów na ten temat.Ale interesuje się tym od 50 lat.Bardzo mi się spodobał pański entuzazm i proszę nie tracić zapału. Właśnie ludziom z zapałem udało się w 1969 r.zrealizować lot na Księżyc. Takim człowiekiem z zapałem jest dr Franklin Chang Diaz.Udało mu się w masie 300 kg zmieścić silnik VX o mocy ponad 200kW.Tymczasem trójfazowy silnik indukcyjny o takiej mocy, ma masę grubo większą.Żałuję,że tak frapujący temat interesuje tak niewielu ludzi.Gdy pokazuję znajomym na niebie Marsa czy Jowisza to budzę w nich zdziwienie,po co się tym interesuje? Oni bez tej wiedzy i tak sobie radzą. Czytam na forach Astro sporo opinii malkontentów.No bo po co lecieć na Marsa? VASIMR ? To tylko żeby wyłudzić kasę.No to po co uczyć się czytać?Po co sztuka,muzyka,poezja?Najlepiej się najeść napić i wyspać! To po co żyć? Żyję już sporo czasu i życie bardzo mi się podoba.Jak widać nie straszne mi są komputery czy inne ,,gadgety”. Chętnie udzielam korypetycji z fizyki itp.młodym ludziom.Często zauważam u nich brak wiedzy na temat praw Newton’a nie mówiąc o prawach Keplera.Gdy im się wytłumaczy do czego służą równania kwadratowe,wtedy zaczynają je zozumieć.Proszę mi wybaczyć te refleksje. Życzę panu zachowanie ciekawości świata i zrobienia kariery naukowej.Powodzenia.

  4. amperion    

    jaki ciąg — Jeśli taki silnik miałby 10 MW mocy to jaką siłą by działał np na słup, albo jakie przyspieszenie ?

    1. groskon    

      To łatwo policzyć — Bardzo mi przyjemnie,że napęd VASIMR wzbudza zainteresowanie.Po nicku przypuszczam,że mam do czynienia z kolegą po fachu.Tym lepiej.Przechodzę do meritum. Silnik VF-200 ma moc 200kW i osiąga ciąg 10 N.Pan proponuje by podać ciąg takiego silnika ale o mocy 10 MW.Obecnie nie ma silnika {VASIMR}o takiej mocy,ale z pewnością w przyszłości będą budowane. Podejdziemy do sprawy teoretycznie;Musimy przyjąć założenia: 1.dzisiejsza sprawność energetyczna – 70%, 2.dzisiejsza moc – 0,2MW, 3.dzisiejszy ciąg – 10 N Silnik za kilkanaście lat: 1a. sprawność – 90%, 2a. moc – 10MW, 3a. ciąg – 612,2449 N. Teraz rozpatrzmy przyspieszenie. Jeżeli jak pan woli nasz ,,słup”wraz z siłownią,zapasami i załogą będzie miał masę 50 t,to ze wzoru na przyspieszenie: a=F/m łatwo obliczyć; a=612,2449N:50 000kg =0,012244898m/sek.sek. To może się wydać niewiele,ale taki silnik może działać przez długie okresy czasu zużywając niewiele materii odrzutowej.Dla przykładu wyliczę ze wzoru na szybkość :V=a.t.t ;po 1 godz= 0,012244898m/sek.sek.3600sek.3600sek= 156 693,878m/sek=156,693878km/sek. A po 1 dobie przyspieszania? V=0,012244898m/sek*sek * 311 040 000sek=3 808 653,07392m/sek = 3 808,653 km/sek. Taki pojazd po niespełna dwóch dobach osiągnąłby prędkość światłą,tam rządzi jednak Teoria Względnośći i nie będziemy narazie poruszać problemów Relatywistyki. Życzę powodzenia i sukcesów naukowych.

  5. amperion    

    coś więcej? — Witam, dla niechcących więcej szukać tutaj jest zobrazowane wspaniałymi grafikami, to jak ma wyglądać testowany na stacji napęd:
    http://www.adastrarocket.com/aarc/VF200

    Wspaniały temat do rozmów, jakie ma możliwości? Przeogromne, przyszłość na pewno należy dla niego. Szperając po internecie znalazłem coś takiego, też ciekawy napęd, ale bardzo kontrowersyjny.
    http://www.emdrive.webpark.pl/

Komentarze są zablokowane.