211service.com
Een efficiëntere ruimtevaartuigmotor
NASA-ingenieurs zijn klaar met het testen van een nieuw ionenvoortstuwingssysteem voor in een baan om de aarde draaiende en interplanetaire ruimtevaartuigen. Het systeem is krachtiger en zuiniger dan zijn voorgangers, waardoor het verder kan reizen dan ooit tevoren.
Ionenkracht: NASA's nieuwe ionenvoortstuwingssysteem wordt getest in het Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, CA.
Ionenvoortstuwing werkt door een gas elektrisch op te laden of te ioniseren met behulp van stroom van zonnepanelen en het geïoniseerde gas uit te zenden om het ruimtevaartuig in de tegenovergestelde richting voort te stuwen. Het concept werd meer dan 50 jaar geleden voor het eerst ontwikkeld en het eerste ruimtevaartuig dat de technologie gebruikte was Diepe ruimte 1 ( DS1 ) in 1998. Sindsdien zijn er maar een paar andere niet-commerciële ruimtevaartuigen geweest die ionenvoortstuwing hebben gebruikt: NASA's Dageraad missie naar het buitenste zonnestelsel, gelanceerd in 2007; de Japanse deep space asteroïde monsterretourmissie genaamd Hayabusa , gelanceerd in 2003; en de European Space Agency lanceerde de SMART-1 ruimtevaartuig in 2003, het stortte neer op de maan in 2006. (Er zijn veel commerciële communicatiesatellieten die ionenmotoren gebruiken.)*
Om het nieuwe ionenvoortstuwingssysteem te bouwen onder NASA's Evolutionary Xenon Thruster ( DE VOLGENDE ) programma, ingenieurs bij NASA's Glenn Onderzoekscentrum in Cleveland, OH, wijzigde en verbeterde het ontwerp van de motoren die werden gebruikt voor: DS1 en Dageraad. We hebben het fysiek groter, maar lichter gemaakt, de complexiteit van het systeem verminderd om de levensduur te verlengen, en over het algemeen de efficiëntie verbeterd, zegt Michael Patterson, de hoofdonderzoeker van het project.
Patterson presenteerde een paper waarin de motor aan de Gezamenlijke voortstuwingsconferentie en tentoonstelling deze week gehouden in Denver. Hij zegt dat zijn team tegen januari 2010 zou kunnen beginnen met het bouwen van een missieklare versie van de motor, wat ongeveer 36 maanden in beslag zou nemen.
Chemische voortstuwingssystemen worden het meest gebruikt voor ruimtevaartuigen, maar ze vereisen grote hoeveelheden brandstof en zijn inefficiënt voor diepe ruimtemissies. Je bent beperkt in wat je de ruimte in kunt brengen omdat je een raket moet vervoeren die voornamelijk uit brandstof bestaat, zegt Alexander Bruccoleri, een onderzoeker op de afdeling luchtvaart- en ruimtevaartkunde van het MIT. Bovendien, zegt hij, moet je het gewicht en de grootte van de brandstoftanks compenseren door een ruimtevaartuig te bouwen dat dun is of niet veel constructies heeft om het te versterken.
Als alternatief onderzoeken verschillende onderzoeksgroepen elektrische aandrijfsystemen. Hoewel deze motoren veel minder stuwkracht produceren dan chemische motoren, zijn ze zeer efficiënt, waardoor ze ideaal zijn voor langeafstandsmissies naar asteroïden, kometen of planeten zoals Jupiter en Mercurius. Een van de grootste uitdagingen bij elektrische voortstuwing is echter het hoge vermogen en de levensduur van het systeem, zegt Daniel Brent White, een andere onderzoeker in de luchtvaart en ruimtevaart aan het MIT.
*Dankzij de opmerkingen van lezers is deze informatie gecorrigeerd om de Europese en Japanse missies op te nemen.
De nieuwe ionenmotor bouwt voort op de elektrische aandrijfsystemen die door beide worden gebruikt DS1 en Dawn, zegt Patterson. Het gebruikt dezelfde methode om stuwkracht te bereiken: xenongas stroomt in een reactiekamer in de motor en wordt geïoniseerd door elektronen; elektromagneten die rond deze kamer zijn geplaatst, verbeteren de efficiëntie van ionisatie. Elektroden die in de buurt van de stuwraketten van de motor zijn geplaatst (bekend als ionenoptiek) worden vervolgens gebruikt om de ionen elektrostatisch te versnellen en uit de uitlaat te schieten om het ruimtevaartuig naar voren te duwen.
De ingenieurs van het Glenn Research Center hebben het mechanische ontwerp van de magneten en ionenoptiek van de motor geoptimaliseerd en andere wijzigingen aangebracht, waaronder het verminderen van het aantal stuwraketten, om het systeem krachtiger en efficiënter te maken. De motor heeft een hoger vermogensniveau en een groter dynamisch smoorbereik - hij kan van zeer hoog vermogen naar zeer laag vermogen gaan - zodat hij voor langere tijd kan werken en zijn missie beter kan uitvoeren, zegt Patterson.
Michael Huggins, het directoraat ruimtevaart en raketvoortstuwing in het Air Force Research Laboratory op Edwards Air Force Base in Californië, zegt dat het belangrijk is om manieren te vinden om voortstuwingssystemen efficiënter, kleiner en zuiniger te maken. Het feit dat NASA kijkt naar efficiëntere apparaten voor interplanetaire missies is zeker het juiste antwoord, zegt hij.
Er zijn echter potentiële nadelen aan ionische voortstuwing. Zonne-energie kan bijvoorbeeld niet te ver van de zon worden gebruikt. Zonne-energie zal gewoon niet werken op afstanden zoals Neptunus, zegt White, die op dezelfde conferentie een paper presenteerde over het gebruik van kernenergie als energiebron voor diepe ruimtemissies. Hoewel dit voldoende kracht zou bieden in de verre ruimte, zouden veiligheidsproblemen het politiek uitdagend maken om een nucleair aangedreven ruimtevaartuig te lanceren.
De enige concurrent die we echt hebben, is geavanceerde chemische technologie, zegt Patterson. Het voordeel dat we hebben is dat we zeer zuinig zijn met brandstof. Dus voor complexe planetaire missies die veel energie vereisen, zegt Patterson, stappen de VS en haar internationale partners, waaronder Japan en Europese landen, over op ionenvoortstuwingsmotoren.