Hvis du vil flyve i rummet, har du brug for et slags fremdrivningssystem. En ny trykteknologi kaldet Helicon Double Layer Thruster kunne være endnu mere effektiv med sit brændstof. Dr. Christine Charles fra det australske nationaluniversitet i Canberra er opfinderen.
Lyt til interviewet: Plasma Thruster Prototype (5,5 MB)
Eller abonner på Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Kan du give mig nogle baggrunde om den teknologi, du har opfundet?
Dr. Christine Charles: Okay, denne thruster kaldes HDLT, der står for Helicon Double Layer Thruster, og det er en ny type plasma-thruster-anvendelse i dyb rumfart. Og baggrunden er vores ekspertise inden for plasmateknologier, rumplasma, plasmabehandling til behandling af overflader og en række andre anvendelser.
Fraser: Så den foretrukne motor i rumfartudforskningssættet i disse dage er ionmotoren, der har vist en ganske god ydelse som en brændstofeffektiv motor. Hvordan forholder den motor, du arbejder på, til en ionmotor? Kan du give folk en vis kontekst?
Dr. Charles: Ja, der er nogle fælles aspekter og nogle meget forskellige aspekter. Så først er ionmotoren med succes udviklet i fortiden - jeg ved det ikke - 50 år eller deromkring. Det er ret veludviklet nu. Men HD-thrusteren har nogle interessante fordele. For det første bruger den ikke nogen elektroder. Så i ionmotoren har du en række gitre, der accelererer ionet. Så vores thruster har ikke elektroder, vi har en ny type accelerationsmekanisme, som vi kalder dobbeltlaget. Derfor kalder vi det HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Det har ingen elektroder, så det betyder, at det har en lang levetid, fordi du ikke har elektroderosion. Og et andet, virkelig vigtigt aspekt er, hvis man ser på enheder som ionmotorer, de udsender ioner. Så du er nødt til at have en ekstern kilde til elektroner for at neutralisere disse ioner, og det gøres generelt ved at have en anden enhed på siden af thrusteren, der kaldes en hul katodeenhed. Faktisk har du to enheder på en ionmotor. Og ofte fordi de er bange for, at disse hule katodeenheder mislykkes, sætter de to af dem på for at øge levetiden. Men i HDLT udsender vi faktisk et plasma, der i sig selv indeholder en supersonisk ionstråle. Så vi har den supersoniske ionstråle, som er den største kilde til tryk, når den kommer ud af thrusteren, men vi har også plasmaet, der udsender lige nok elektroner til at neutralisere strålen. Så vi har ikke brug for denne eksterne enhed, som er neutralisatoren. Det er meget godt, fordi det kan give sikkerhed og enkelhed - der er ingen bevægelige dele - så det gør HDLT ret attraktiv til meget dyb rumfart; lang levetid. Og en anden fordel er, at fordi vi bruger et andet koncept kaldet helicon plasma, er det en meget effektiv måde at overføre elektricitet til de ladede partikler i plasmaet. Det betyder, at vi kan få virkelig tætte plasmaer med en masse ioner, og at vi kan skalere op i magten. Så vi kan sandsynligvis gå op til 100 kilowatt. Dette er endnu ikke gjort her i en prototype, fordi vores første prototype var kun 1 kilowatt. Men andre eksperimenter har antydet, at vi med vores type plasma virkelig kan opskalere i kraft, og for at gøre det med en ionmotor, er det vigtigste, at når du går over et par kilowatt, skal du have en klynge af styreraketter.
Så jeg vil sige, at det er virkelig tidlige dage for HDLT, men de vigtigste fordele er øget levetid, enkelhed, skalerbarhed og sikkerhed. Og det er også ret brændstofeffektivt, hvilket er meget godt.
Fraser: Når det gælder ydeevne, kan ion-motorer lægge trykket i vægten af et stykke papir, men de kan gøre det i mange år og opbygge trykket. Siger du, at du kunne lægge mere pres?
Dr. Charles: I øjeblikket er ionmotorer bestemt de bedste med hensyn til tryk, for kilowatt i øjeblikket. Og HDLT-prototypen, som kun er et koncept og under 1 kilowatt, stemmer ikke overens med drivkraften. Hvis du tager eksemplet på en ionmotor, har den typisk 100 milli nyton for en kilowatt. Vi taler sandsynligvis 3-5 gange mindre i øjeblikket, men du skal se, at vi ikke har haft 20 års udvikling. Det er tidlige dage, og vi kan helt sikkert forbedre teknologien.
Fraser: Og så, som jeg forstår nu, har Det Europæiske Rumfartsagentur hentet teknologien og foretager nogle interne test. Og hvordan er det gået for dem?
Dr. Charles: Okay, de havde et par projekter. Den første ting er, at vi havde et tilskud i Australien fra et finansieringsagentur, og det var i løbet af 2004-2005. Og vi designet og producerede den første HDLT-prototype, som vi bragte til ESA i april sidste år, og som vi testede i en måned. Vi havde begrænset finansiering, så vi kunne ikke teste det i mere end en måned. Og dette viste, at alle aspekter af thrusteren fungerede perfekt. Men vi testede alle de kræfter, vi kunne, og vi havde forskellige gastryk osv. Vi havde ikke den diagnostik, vi havde brug for for at måle trykket, så vi vidste ikke, hvad den faktiske drivkraft var. Det, vi har, er hvad vi kan måle fra ionstrålen i Australien - det skal stadig gøres. Og det er baseret på dette helt nye koncept af dobbeltlaget, som vi var nødt til at overbevise folk om. Og ESA syntes det var virkelig interessant, så de havde besluttet at have en uafhængig undersøgelse for at validere dobbeltlagseffekten. Det er det grundlæggende koncept bag thrusteren; accelerationsmekanismen. Så nu skal vi virkelig se, hvad det handler om.
Hvad er et dobbeltlag? Du kan bare forestille dig, det er som en flod, og pludselig falder floden ned, så der oprettes et vandfald. Så har du disse ioner, der falder ned ad dette vandfald, og bliver accelereret og derefter forbindes til raketten med en stor udstødningshastighed. Så det dobbelte lag er et potentielt fald i plasmaet. Det, der er meget interessant, er, at vi i HDLT ikke har nogen elektroder; plasmaet beslutter bare at gøre dette ved at bruge et bestemt magnetfelt, som er en magnetisk flaske eller dyse. Og det er alt. Så det er som at have vandfaldet uden at pumpe vandet igennem. Så dette er det grundlæggende koncept.
Så ESA havde denne uafhængige undersøgelse for at validere begrebet dobbeltlag. Har du set den seneste pressemeddelelse?
Fraser: Ja, det har jeg.
Dr. Charles: Så der var denne seneste undersøgelse fra Australien. Vi har den første prototype, og vi har demonstreret nogle aspekter; skønt skubben ikke er blevet målt i et rumsimuleringskammer endnu. Og ESA har også valideret konceptet bag thrusteren, som er dette dobbeltlagskoncept. Så det er her, vi er i øjeblikket.
Fraser: Så hvilke slags opgaver tror du, HDLT-thrusteren ville være bedre til?
Dr. Charles: Det skal være til virkelig langvarige missioner, hvor du er tvunget til at gå langsomt, men i lang tid. Og det har også dette dejlige sikkerhedsaspekt. Det har potentialet til at blive brugt til bemandet rumfart. Så det er virkelig til dybe pladsmissioner eller at gå til Mars ... lignende ting.
Fraser: Jeg kan se. Jeg gætter på, at en af dens største fordele her er, at den har mindre bevægelige dele - dele, der kunne nedbrydes.
Dr. Charles: Og det kan opskaleres med magt, hvilket også er vigtigt. NASA har lavet en simulering af, hvilken type magt du har brug for for at sende mennesker til Mars, og det er inden for megawattområdet. Så du bliver nødt til at have magten. Du skal også være i stand til at opskalere dine thrustere. De skal være i stand til at operere under stor magt for at udføre jobbet. Hvad NASA gjorde, er at vise, at hvis du kunne have en ordentlig plasma-thruster eller plasma raket, kunne du skære ned på tiden til at gå til Mars, fordi hvis du bruger plasmateknologi, kan du bruge geodesiske baner. Hvis du bruger kemisk fremdrift, har du mere som en ballistisk bane. Så du kan for eksempel reducere tidsrejsen til Mars.
Fraser: Så hvad er de næste trin til din forskning?
Dr. Charles: Nå, vi gør forskellige ting parallelt. Vi arbejder stadig meget stærkt på selve det dobbelte lag, fordi dette er en meget flot slags fysik, der har alle slags andre anvendelser til auroraen, eller solvindacceleration osv. Vi har også et nyt rumsimuleringskammer her ved Australian National University. Og vi har monteret prototypen, som er tilbage fra ESA, i det rumsimuleringskammer. Og vi vil begynde at prøve at måle drivkraftbalancen og andre måder, sandsynligvis fra januar 2006. Og der er muligvis andre nyheder, der ved jeg ikke. Vi får se, hvordan det går. Vi vil bestemt lægge en masse indsats i dette emne. Det er meget fascinerende, fordi mange mennesker er interesserede i resultatet.
HDLT Thruster Information fra ANU
