Przy użyciu tradycyjnych rakiet chemicznych wyprawa na Marsa - najszybciej - trwa 6 miesięcy. Firma Ad Astra Rocket Company przetestowała rakietę plazmową o nazwie VASIMR VX-200, która pracowała przy 201 kilowatach w komorze próżniowej, po raz pierwszy przekraczając znak 200 kilowatów. „Jest to obecnie najpotężniejsza rakieta plazmowa na świecie”, mówi Franklin Chang-Diaz, były astronauta NASA i dyrektor generalny Ad Astra. Firma podpisała również umowę z NASA na testowanie 200-kilowatowego silnika VASIMR na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej w 2013 roku.
Testy na ISS zapewniłyby okresowe doładowania dla stacji kosmicznej, która stopniowo spada na wysokość z powodu oporu atmosferycznego. Wzmocnienia ISS są obecnie zapewniane przez statki kosmiczne z konwencjonalnymi silnikami odrzutowymi, które zużywają około 7,5 ton paliwa rocznie. Obniżając tę kwotę do 0,3 tony, Chang-Diaz szacuje, że VASIMR może zaoszczędzić NASA miliony dolarów rocznie.
W ubiegłym tygodniu po raz pierwszy w historii demonstrowano pełną moc silnika rakietowego VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket).
Silniki plazmowe lub jonowe wykorzystują fale radiowe do podgrzewania gazów takich jak wodór, argon i neon, tworząc gorącą plazmę. Pola magnetyczne wypychają naładowaną plazmę z tylnej części silnika, wytwarzając ciąg w przeciwnym kierunku.
Zapewniają one znacznie mniejszy nacisk w danym momencie niż rakiety chemiczne, co oznacza, że nie mogą samodzielnie uwolnić się od grawitacji Ziemi. Ponadto silniki jonowe działają tylko w próżni. Ale kiedy są w kosmosie, mogą latami naciskać nieustannie, jak wiatr pchający żaglówkę, przyspieszając stopniowo, aż pojazd porusza się szybciej niż rakiety chemiczne. Wytwarzają tylko funt ciągu, ale w przestrzeni wystarczającej do przeniesienia 2 ton ładunku.
Ze względu na możliwą dużą prędkość, potrzeba mniej paliwa niż w tradycyjnych silnikach.
Obecnie statek kosmiczny Dawn, w drodze do asteroid Ceres i Vesta, wykorzystuje napęd jonowy, który umożliwi mu orbitowanie Westy, a następnie odejście i skierowanie się do Ceres. Nie jest to możliwe w przypadku konwencjonalnych rakiet. Dodatkowo w kosmicznych silnikach jonowych prędkość jest dziesięć razy większa niż rakiet chemicznych.
Nacisk rakiety mierzy się w niutonach (1 niuton to około 1/4 funta). Konkretny impuls jest sposobem na opisanie wydajności silników rakietowych i jest mierzony w czasie (sekundy). Reprezentuje impuls (zmianę pędu) na jednostkę paliwa. Im wyższy konkretny impuls, tym mniej gazu pędnego jest potrzebne do uzyskania określonego momentu pędu.
Silniki Dawn mają specyficzny impuls 3100 sekund i ciąg 90 mNewtonów. Rakieta chemiczna na statku kosmicznym może mieć ciąg do 500 niutonów i impuls właściwy krótszy niż 1000 sekund.
VASIMR ma 4 niutony ciągu (0,9 funta) o specyficznym impulsie około 6000 sekund.
VASIMR ma dwie dodatkowe ważne cechy, które odróżniają go od innych systemów napędu plazmy. Ma możliwość zmiany parametrów spalin (ciągu i impulsu właściwego) w celu optymalnego dopasowania do wymagań misji. Powoduje to najniższy czas podróży przy najwyższej ładowności dla danego ładunku paliwa.
Ponadto VASIMR nie ma fizycznych elektrod mających kontakt z plazmą, co przedłuża żywotność silnika i umożliwia wyższą gęstość mocy niż w innych konstrukcjach.
Aby odbyć podróż na Marsa w 39 dni, silnik jonowy VASIMR o mocy 10–20 megawatów musiałby być sprzężony z energią jądrową, aby radykalnie skrócić czas transportu ludzi między planetami. Im krótsza podróż, tym mniej czasu astronauci byliby narażeni na promieniowanie kosmiczne i środowisko mikrograwitacji, które stanowią znaczne przeszkody dla misji Marsa.
Silnik działałby, strzelając nieprzerwanie przez pierwszą połowę lotu w celu przyspieszenia, a następnie obracając, aby cofnąć przyspieszenie statku kosmicznego na drugą połowę. Ponadto VASIMR może zezwolić na aborcję na Ziemi, jeśli problemy pojawią się we wczesnych fazach misji, co jest niedostępne w przypadku konwencjonalnych silników.
VASIMR można również dostosować do obsługi dużych obciążeń robotów i napędzać misje ładunkowe o bardzo dużej masie ładunku. Czasy zadziałania i masa ładunku są głównymi ograniczeniami konwencjonalnych i jądrowych rakiet termicznych ze względu na ich z natury niski impuls właściwy.
Chang-Diaz pracuje nad rozwojem koncepcji VASIMR od 1979 roku, zanim założył Ad Astra w 2005 roku w celu dalszego rozwoju projektu.
Źródło: PhysOrg
