211service.com
Een energiestraal naar de ruimte berijden
Deze week bij de 45e gezamenlijke voortstuwingsconferentie en tentoonstelling in Denver zullen onderzoekers, wetenschappers en ingenieurs de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van voortstuwingssystemen voor ruimtevaartuigen en commerciële vliegtuigen bespreken.
Een vroeg model van een laser-aangedreven lichtvaartuig.
Krediet: Rensselaer Polytechnisch Instituut
Een onderwerp dat wordt onderzocht, is voortstuwing met straalenergie - waarbij een energiestraal wordt gebruikt die op een ruimtevaartuig is gericht, hetzij om het drijfgas op te warmen of om elektriciteit aan de motor te leveren. Door de energiebron van de raket zelf te verwijderen, heeft de voortstuwing van straalenergie het potentieel om het lanceren van ruimtevaartuigen goedkoper en betrouwbaarder te maken.
Bij conventionele chemische voortstuwing worden enorme hoeveelheden energie opgeslagen in de brandstof van een raket, die een aanzienlijk deel van het gewicht uitmaakt. Bovendien worden chemische systemen in de raket zelf verwarmd tot temperaturen boven het smeltpunt van sommige materialen, zegt Alexander Bruccoleri, een onderzoeker op de afdeling luchtvaart en ruimtevaart van het MIT, die onlangs zijn master behaalde bij het Space Propulsion Lab. Bruccoleri presenteerde een paper op de conferentie op 3 augustus over een vergelijkingsmetriek die hij had uitgevonden om bundel-energiesystemen te testen.
Beam energy werd eind jaren 70 bedacht door NASA Ames Research Center en het California Institute of Technology. Het idee was om lasers als warmtewisselaar te gebruiken - de energie nemen en een hete vloeistof maken die uit het mondstuk kan uitzetten, zegt Bruccoleri. Nu onderzoeken onderzoekers grondgebaseerde lasersystemen die brandstoffen zoals waterstof verwarmen tot een temperatuur die gemakkelijker te beheren is. De waterstofmoleculen kunnen twee keer zo snel worden versneld als watermoleculen met dezelfde temperatuur, wat zorgt voor een betere uitlaatsnelheid - de stuwkracht die je krijgt voor de snelheid waarmee je het drijfgas verbrandt, zegt Bruccoleri. Het gebruik van licht als externe stroombron kan het gewicht en de massa van een systeem aan boord verlichten, waardoor er bijvoorbeeld ruimte overblijft voor wetenschappelijke ladingen, en het levert meer voortstuwingsvermogen op.
Spel Myrabo , een universitair hoofddocent mechanische, ruimtevaart- en nucleaire techniek aan het Rensselaer Polytechnic Institute in Troy, NY, zegt dat de laatste drie tot vijf jaar deze systemen dichter bij de realiteit hebben gebracht omdat energiestralende technologie zoals laserstralen en millimetergolflengtesystemen in kosten zijn gedaald . Myrabo, oprichter van Lightcraft-technologieën , heeft aangetoond dat men een klein lichtvaartuig 71 meter hoog in de lucht kan voortstuwen door gebruik te maken van lichtpulsen die het voortstuwingsmiddel verwarmen. Hij heeft momenteel een vijfjarige subsidie van de Amerikaanse luchtmacht om laservoortstuwing te onderzoeken om satellieten te lanceren voor extreem lage kosten en met hoge betrouwbaarheid, en voert tests uit in Brazilië in samenwerking met de luchtmacht van dat land.
Terwijl Myrabo zegt dat dergelijke systemen binnen 5 tot 10 jaar werkelijkheid kunnen worden, zijn anderen sceptisch. Kevin Johnson, manager ruimteverkenning en voortstuwing van ruimtevaartuigen bij Lockheed Martin Space Systems in Denver, bijvoorbeeld, uit zijn bezorgdheid over de mogelijkheid van atmosferische interferentie met de straal. Greg McAllister, een senior voortstuwingsingenieur ook bij Lockheed Martin, is het ermee eens en zegt dat een energiebron die krachtig genoeg is om een raket voort te stuwen, deze ook kan verbranden. (McAllister presenteert een paper op de conferentie over het testen van de pulse-throttle-thrusters die worden gebruikt voor de Mars Phoenix-missie.)
Johnson zegt dat het systeem weliswaar voldoende stroom kan opwekken uit een grondstation en de kosten kan verlagen, maar dat het meer dan 20 jaar haalbaar is.
Een testvlucht van een lichtvaartuig met behulp van lichtpulsen uitgevoerd door Myrabo in 2000 bij White Sands Missile Range in New Mexico. Krediet: RPI