Naukowiec z Uniwersytetu Tohoku dokonał znaczących ulepszeń w bezelektrodowym silniku plazmowym o dużej mocy, przybliżając nas do głębszej eksploracji kosmosu.

Ster strumieniowy plazmy rf z dyszą magnetyczną działał w komorze próżniowej Mega hpt na Uniwersytecie Tohoku. Źródło: Kazunori Takahashi

Te postępy w technologii napędów elektrycznych mogą zrewolucjonizować przemysł kosmiczny w taki sam sposób, w jaki innowacje w transporcie naziemnym, takie jak samochody, pociągi i samoloty, zmieniły ich branże.

Napęd elektryczny to technika wykorzystująca pola elektromagnetyczne do przyspieszania paliwa i generowania ciągu napędzającego statek kosmiczny. Agencje kosmiczne są pionierami technologii napędu elektrycznego jako przyszłości eksploracji kosmosu.

Już kilka misji kosmicznych zostało pomyślnie ukończonych przy użyciu elektrycznych urządzeń napędowych, takich jak silniki jonowe z siatką i silniki Halla. Energia słoneczna jest przekształcana w energię ciągu, gdy propelent zostaje zjonizowany, tj. plazma, i zostaje przyspieszony przez pola elektromagnetyczne. Jednak elektrody niezbędne do tych urządzeń ograniczają ich żywotność, ponieważ są narażone na działanie plazmy i ulegają uszkodzeniu, zwłaszcza przy wysokim poziomie mocy.

Aby temu zaradzić, naukowcy zwrócili się ku bezelektrodowym silnikom plazmowym. Jedna z takich technologii wykorzystuje częstotliwość radiową (RF) do generowania plazmy. Antena emituje fale radiowe do cylindrycznej komory w celu wytworzenia plazmy, w której dysza magnetyczna kieruje i przyspiesza plazmę w celu wytworzenia ciągu. Pędniki plazmowe MN rf lub helikonowe pędniki strumieniowe, jak są czasami nazywane, oferują prostotę, elastyczność operacyjną i potencjalnie wysoki stosunek ciągu do mocy.

Jednak rozwój silników plazmowych RF MN został zahamowany przez wydajność konwersji mocy RF na energię ciągu. Wczesne eksperymenty generowały jednocyfrowe współczynniki konwersji, ale nowsze badania osiągnęły skromny wynik 20%.

W niedawnym badaniu profesor Kazunori Takahashi z Wydziału Inżynierii Elektrycznej Uniwersytetu Tohoku osiągnął 30% wydajność konwersji.

Podczas gdy dojrzałe elektryczne urządzenia napędowe często wykorzystują gaz ksenonowy, który jest drogi i trudny do dostarczenia w wystarczających ilościach, obecną wydajność 30% uzyskano przy użyciu argonu. Oznacza to, że silnik plazmowy MN rf zmniejszyłby koszty i obciążenie zasobów Ziemi.

„Zastosowanie pola magnetycznego typu wierzchołkowego zahamowało utratę energii, która zwykle występuje w ścianie źródła plazmy” – powiedział Takahashi. „Przełom otwiera drzwi do postępów w technologii transportu kosmicznego o dużej mocy”.

Odniesienie: „Trzydziestoprocentowa wydajność konwersji z mocy o częstotliwości radiowej na energię ciągu w sterowaniu plazmą z dyszą magnetyczną”, Kazunori Takahashi, 10 listopada 2022 r., Doniesienia naukowe.
DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7

Źródło: O krok bliżej do głębszych eksploracji kosmosu – ulepszona wydajność silników plazmowych

Tłumacz