Reaktor helikonowy w działaniu. Źródło zdjęcia: ESA Kliknij, aby powiększyć
ESA potwierdziła zasadę nowego steru kosmicznego, który może ostatecznie dać znacznie większy ciąg niż dzisiejsze techniki napędu elektrycznego. Pomysł jest genialny, zainspirowany zorzą polarną północną i południową, świecącymi na niebie symbolami zwiększonej aktywności Słońca.
„Zasadniczo koncepcja wykorzystuje naturalne zjawisko, które obserwujemy w przestrzeni kosmicznej”. mówi dr Roger Walker z zespołu Advanced Concepts ESA. „Kiedy wiatr słoneczny, plazma? zelektryfikowanego gazu uwalnianego przez Słońce uderza w pole magnetyczne Ziemi, tworząc granicę złożoną z dwóch warstw plazmy. Każda warstwa ma różne właściwości elektryczne, co może przyspieszyć niektóre cząstki wiatru słonecznego wzdłuż granicy, powodując zderzenie ich z atmosferą Ziemi i powstanie zorzy. ”
W istocie podwójna warstwa plazmy jest elektrostatycznym odpowiednikiem wodospadu. Tak jak cząsteczki wody zbierają energię, gdy spadają między dwiema różnymi wysokościami, tak elektrycznie naładowane cząstki zbierają energię, gdy przemieszczają się przez warstwy o różnych właściwościach elektrycznych.
Badacze Christine Charles i Rod Boswell z Australian National University w Canberze, po raz pierwszy stworzyli podwójne plazmy w swoim laboratorium w 2003 roku i zdali sobie sprawę, że ich właściwości przyspieszające mogą umożliwić nowe pędniki statków kosmicznych. Doprowadziło to grupę do opracowania prototypu o nazwie Helicon Double Layer Thruster.
Nowe badanie ESA, przeprowadzone w ramach akademickiego programu badawczego ESA Ariadna we współpracy z Ecole Polytechnique, Paryż, potwierdza australijskie ustalenia, pokazując, że w dokładnie kontrolowanych warunkach podwójna warstwa może zostać utworzona i pozostaje stabilna, umożliwiając stałe przyspieszenie naładowanych cząstek w wiązce. Badanie potwierdziło również, że można stworzyć stabilne podwójne warstwy przy użyciu różnych mieszanin gazów pędnych.
„Współpraca była absolutnie doskonała” mówi dr Pascal Chabert z Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas, Ecole Polytechnique. „To był dla mnie prawdziwy początek i dał mi wiele nowych pomysłów na koncepcje napędu plazmowego do zbadania z zespołem Advanced Concepts. Nowy kierunek dla naszego laboratorium doprowadził do patentu na obiecujące nowe elektryczne urządzenie napędowe o nazwie Elektroujemny pędnik plazmowy.
Aby stworzyć podwójną warstwę, Chabert i współpracownicy stworzyli pustą rurkę, wokół której nawinięto antenę radiową. Do rurki ciągle pompowano gaz argonowy, a antena transmitowała helikoidalne fale radiowe o częstotliwości 13 megaherców. To zjonizowało argon tworząc plazmę. Rozbieżne pole magnetyczne na końcu rury zmusiło następnie plazmę do opuszczenia rury. Pozwoliło to na utworzenie dwóch różnych plazm, powyżej w rurze i poniżej, a zatem na ich granicy utworzono podwójną warstwę. Przyspieszyło to dalszą plazmę argonową z rury w wiązkę naddźwiękową, tworząc ciąg.
Obliczenia sugerują, że helikopterowy dwusuwowy ster strumieniowy zajmowałby nieco więcej miejsca niż główny elektryczny ster strumieniowy w misji SMART-1 ESA, ale potencjalnie mógłby zapewnić wielokrotnie większy ciąg przy wyższych mocach do 100 kW, dając podobny oszczędność paliwa.
W następnych krokach ESA skonstruuje teraz szczegółową symulację komputerową plazmy w i wokół steru strumieniowego oraz wykorzysta wyniki laboratoryjne do weryfikacji jego dokładności, aby można było w pełni ocenić osiągi w kosmosie i umożliwić eksperymentalne silniki strumieniowe o dużej mocy badane w przyszłości.
Oryginalne źródło: Portal ESA
