Νέα προωθητική ιοντική μηχανή με πλάσμα ανέπτυξε η ESA

Πηγή: BBC, 15 Δεκεμβρίου 2005

Η Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος (ESA) ανακοίνωσε ότι η αρχική δοκιμή μιας νέας μηχανής με πλάσμα για τα διαστημικά σκάφη στέφθηκε από επιτυχία.

Ο "διπλού στρώματος προωθητής" είναι ένα νέο είδος ιοντικής μηχανής που θα μπορούσε να δώσει πολύ περισσότερη δύναμη από τις σημερινές ανάλογες μηχανές. Αυτή λειτουργεί επιταχύνοντας τα φορτισμένα σωματίδια μεταξύ δύο στρωμάτων του πλάσματος αργού, ενός αερίου που τα άτομα του έχουν 'γδυθεί΄ από τα ηλεκτρόνια του.

Και στην ανακοίνωση της η ESA λέει ότι αποδειχθεί η αρχή λειτουργίας, και θα συνεχίσει με προσομοιώσεις και ίσως μεγαλύτερα πρωτότυπα.

Η ESA χρησιμοποιεί ήδη στο σκάφος Smart 1 ιοντική κίνηση (πέταξε για το φεγγάρι το καλοκαίρι του 2003), και η NASA στο σκάφος  Deep Space 1, το οποίο πέταξε στον κομήτη Borrelly το 2001.

Πως δουλεύει η ιοντική μηχανή του Smart που στάλθηκε στο φεγγάρι

1. Τα άτομα του αερίου ξένον αντλούνται σε έναν κυλινδρικό θάλαμο, όπου συγκρούονται με ηλεκτρόνια από την κάθοδο. Τα ηλεκτρόνια - που είναι αρνητικά φορτισμένα - χτυπούν τα ηλεκτρόνια από τα άτομα του ξένον, δημιουργώντας έτσι θετικά ιόντα.

2. Το πηνίο έξω από το θάλαμο δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο, το οποίο αναγκάζει τα ηλεκτρόνια από την κάθοδο να κινηθούν σπειροειδώς και να παγιδευτούν στο στόμιο του θαλαμού.

3. Η συγκέντρωση των αρνητικών ηλεκτρονίων στο στόμιο του θαλάμου ελκύει τα θετικά ιόντα, επιταχύνοντας τα έξω από το θάλαμο.

4. Το ρεύμα των επιταχυνόμενων ιόντων αφήνουν το θάλαμο κινούμενα προς τα πίσω (όπως τα καύσιμα στους πυραύλους), ωθώντας το διαστημικό σκάφος μπροστά. Αν και η ώθηση είναι μικρή, για μεγάλα χρονικά διαστήματα η σταθερή αυτή ώθηση δημιουργεί μεγάλη ταχύτητα στο χωρίς τριβή περιβάλλον του διαστήματος.

Διαφορετική χημεία

Η βασική ιδέα της ιοντικής μηχανής είναι πολύ διαφορετική από μια συμβατική μηχανή των πυραύλων, που τροφοδοτούνται από χημικές αντιδράσεις. Το αέριο ιοντίζεται και τα ιόντα ακολούθως επιταχύνονται μέσα σε ένα μαγνητικό πεδίο, παράγοντας μια μικρή ώθηση.

Αν και πάρα πολύ λιγότερο ισχυρή από μια συνηθισμένη χημική μηχανή, η ιοντική μηχανή μπορεί να λειτουργήσει για πολύ περισσότερο χρόνο. Και για αποστολές στο βαθύ διάστημα μπορεί να αποδειχθεί πολύ καλύτερη επιλογή.

Η νέα μηχανή που αναπτύχθηκε από την ESA και την Πολυτεχνική Σχολή (Ecole Polytechnique) στο Παρίσι χρησιμοποιεί έναν διαφορετικό τρόπο για να επιταχύνει τα ιόντα.

"Ουσιαστικά η ιδέα εκμεταλλεύεται ένα φυσικό φαινόμενο που βλέπουμε να πραγματοποιείται στο διάστημα", ανέφερε ο Δρ Roger Walker της ESA. "Όταν ο ηλιακός άνεμος, που κι αυτός είναι ένα πλάσμα ηλεκτρισμένου αερίου που απελευθερώνεται από τον ήλιο, χτυπά το μαγνητικό πεδίο της Γης, δημιουργεί ένα σύνορο που αποτελείται από δύο στρώματα πλάσματος.

Μπλέ ιόντα του ξένον αναδύονται από τη συσκευή ιόντων

"Κάθε στρώμα έχει διαφορετικές ηλεκτρικές ιδιότητες, και μπορεί να επιταχύνει μερικά σωματίδια του ηλιακού ανέμου πέρα από αυτό το σύνορο, αναγκάζοντας τα να συγκρουστούν με τη γήινη ατμόσφαιρα και να δημιουργήσουν το σέλας".

Το 2003 ερευνητές στο Αυστραλιανό Εθνικό Πανεπιστήμιο στην Καμπέρα δημιούργησαν ένα διπλό στρώμα πλάσματος στο εργαστήριο. Και η Ευρωπαϊκή Ομάδα ξαναβλέπει τώρα τα συμπεράσματα αυτά και έδειξε ότι το διπλό στρώμα μπορεί να παραμείνει αρκετά σταθερό για να επιταχύνει αρκετά τα ιόντα.

Η νέα μηχανή, που ονομάζεται Helicon Double Layer Thruster χρησιμοποιεί ραδιοκύματα για να ιονίσει το αέριο αργό. Και τα ιόντα επιταχύνονται ανάμεσα στα δύο στρώματα του πλάσματος.

Η ESA θεωρεί ότι αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε να οδηγήσει σε μηχανές που να είναι τόσο μικρές και οικονομικές όσο αυτή στο Smart,  αλλά ισχυρότερες κάτι που θα επέτρεπε σε ένα σκάφος να επιταχύνει και να επιβραδυνθεί γρηγορότερα.

Το επόμενο βήμα είναι να κατασκευαστούν προσομοιώσεις σε υπολογιστές του διπλού προωθητικού στρώματος, και να τις χρησιμοποιήσουν έπειτα αυτές τις προσομοιώσεις στο σχεδιασμό μεγαλύτερων πρωτοτύπων.