Helicon-reaktor i drift. Billedkredit: ESA Klik for større billede
ESA har bekræftet princippet om en ny rumtruster, der i sidste ende kan give meget mere træk end i dag? S elektriske fremdrivningsteknikker. Konceptet er et genialt inspireret af den nordlige og sydlige aurora, gløderne på himlen, der signaliserer øget solaktivitet.
? I det væsentlige udnytter konceptet et naturfænomen, vi ser foregår i rummet ,? siger Dr. Roger Walker fra ESAs Advanced Concepts Team. ”Når solvinden, en? Plasma? af elektrificeret gas frigivet af Solen, rammer det magnetiske felt på Jorden, det skaber en grænse, der består af to plasmalag. Hvert lag har forskellige elektriske egenskaber, og dette kan accelerere nogle partikler af solvinden over grænsen, hvilket får dem til at kollidere med Jordens atmosfære og skabe auroraen. ”
I det væsentlige er et plasma-dobbeltlag den elektrostatiske ækvivalent til et vandfald. Ligesom vandmolekyler opsamler energi, når de falder mellem de to forskellige højder, så samler elektrisk ladede partikler energi, når de bevæger sig gennem lagene med forskellige elektriske egenskaber.
Forskerne Christine Charles og Rod Boswell ved det australske nationaluniversitet i Canberra skabte først dobbeltlag i plasma i deres laboratorium i 2003 og indså, at deres accelererende egenskaber kunne muliggøre nye rumfartøjsstropere. Dette førte til, at gruppen udviklede en prototype kaldet Helicon Double Layer Thruster.
Den nye ESA-undersøgelse, der blev udført som en del af ESAs Ariadna akademiske forskningsprogram i tilknytning til Ecole Polytechnique, Paris, bekræfter de australske fund ved at vise, at dobbeltlaget under omhyggeligt kontrollerede forhold kunne dannes og forbliver stabilt, hvilket tillader den konstante acceleration af ladede partikler i en bjælke. Undersøgelsen bekræftede også, at stabile dobbeltlag kunne dannes med forskellige drivgasgasblandinger.
? Samarbejdet har været helt fremragende ,? siger Dr. Pascal Chabert fra Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas, Ecole Polytechnique. ? Det har været et rigtig kick-off for mig og har givet mig masser af nye ideer til plasma fremdrivningskoncepter at undersøge med Advanced Concepts Team. Den nye retning for vores laboratorium havde ført til et patent på en lovende ny elektrisk fremdrivningsanordning kaldet en elektronegativ plasma-thruster.
For at skabe dobbeltlaget skabte Chabert og kolleger et hult rør, som blev omviklet med en radioantenne. Argongas blev kontinuerligt pumpet ind i røret, og antennen transmitterede helicoidal radiobølger på 13 megahertz. Dette ioniserede argonet og skabte et plasma. Et divergerende magnetfelt i enden af røret tvang derefter plasmaet til at forlade røret til at ekspandere. Dette gjorde det muligt at danne to forskellige plasmaer opstrøms i røret og nedstrøms, og så blev dobbeltlaget skabt ved deres grænse. Dette accelererede yderligere argonplasma fra røret ind i en supersonisk bjælke, hvilket skaber tryk.
Beregninger antyder, at en helicon-dobbeltlags thruster ville tage lidt mere plads end den vigtigste elektriske thruster på ESAs SMART-1-mission, men alligevel kunne den potentielt levere mange gange mere tryk ved højere effekter på op til 100 kW, mens den giver en lignende brændstofeffektivitet.
I de næste trin vil ESA nu konstruere en detaljeret computersimulering af plasmaet i og omkring thrusteren og bruge laboratorieresultaterne til at verificere dens nøjagtighed, så ydeevne i rummet kan vurderes fuldt ud og større eksperimentelle thrustere med høj effekt kan udføres undersøgt i fremtiden.
Originalkilde: ESA Portal
