Urządzenie Princeton Field Reversed Configuration, PFRC-2, w Princeton Plasma Physics Laboratory w New Jersey.
(Zdjęcie: © Elle Starkman / PPPL Office of Communications)
Statki kosmiczne napędzane syntezą jądrową mogą już nie być marzeniem science fiction o wiele dłużej.
The Bezpośredni napęd Fusion (DFD) silnik może wystartować po raz pierwszy w 2028 roku, jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, powiedzieli twórcy koncepcji.
To byłaby wielka wiadomość dla fanów kosmosu; DFD wielkości minivana może uzyskać 22 000 funtów. (10 000 kilogramów) zrobotyzowany statek kosmiczny na Saturna w ciągu zaledwie dwóch lat lub do końca Pluton w ciągu pięciu lat od uruchomienia członkowie zespołu projektowego powiedzieli. (Dla perspektywy: misja Cassini NASA dotarła do Saturna w 6,75 roku, a sonda New Horizons agencji zajęła 9,5 roku, aby dostać się do Plutona.)
Silnik pełni również funkcję silnego źródła zasilania, co oznacza, że technologia może mieć szeroki zakres zastosowań poza Ziemią.
Na przykład DFD może pomóc w zasilaniu planowanej przez NASA stacji kosmicznej krążącej wokół Księżyca, znanej jako Brama, a także bazuje na Księżycu i Marsie, członek zespołu projektowego Stephanie Thomas, wiceprezes Princeton Satellite Systems w Plainsboro w stanie New Jersey, powiedziała pod koniec ubiegłego miesiąca podczas prezentacji z grupą roboczą NASA ds. operacji kosmicznych przyszłości.
DFD jest odmianą konfiguracji PFRC (Princeton Field-Reversed Configuration), reaktora fuzyjnego opracowanego na początku 2000 roku przez Samuela Cohena z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL). DFD jest zasadniczo reaktorem PFRC z otwartym końcem, przez który przepływa spaliny w celu wytworzenia ciągu, wyjaśnił Thomas.
Wnętrze DFD będzie zawierało magnetycznie zamkniętą gorącą plazmę hel-3 i deuter, specjalny „ciężki” wodór, który ma jeden neutron w jądrze (w przeciwieństwie do „normalnego” wodoru, który nie ma neutronów). Atomy tych pierwiastków stopią się w tej plazmie, generując dużo energii - i bardzo mało niebezpiecznego promieniowania, powiedział Thomas.
Plazma topiąca ogrzewa chłodny gaz pędny wypływający poza obszar uwięzienia. Ten gaz pędny jest kierowany przez dyszę z tyłu silnika, wytwarzając ciąg.
Całe to ciepło przekłada się na dużą moc - prawdopodobnie od 1 do 10 megawatów, powiedział Thomas. DFD wykorzysta tę moc, wykorzystując silnik „cyklu Braytona” do przetworzenia dużej części ciepła w energię elektryczną.
Oznacza to, że misja DFD byłaby w stanie wykonać wiele pracy naukowej po osiągnięciu celu. Na przykład orbiter Plutona wyposażony w syntezę jądrową mógłby przesyłać energię do lądownika na powierzchni planety karłowatej, a także wysyłać wideo w wysokiej rozdzielczości z powrotem na Ziemię, powiedział Thomas.
Fuzja nuklearna jest legendarnie trudny do wykorzystania; nikomu jeszcze nie udało się zademonstrować pełnowymiarowego, opłacalnego komercyjnie reaktora termojądrowego. (Jak mówi stary żart: „Fuzja jest źródłem energii przyszłości i zawsze nim będzie”). Ale Thomas i jej zespół uważają, że ich koncepcja ma bardzo realną szansę na sukces.
„DFD różni się od innych koncepcji reaktorów termojądrowych” - powiedziała, powołując się na niewielki rozmiar, czystą pracę, niskie promieniowanie i unikalną metodę ogrzewania plazmowego (która wykorzystuje antenę fal radiowych).
Zespół DFD pozyskał ostatnio fundusze od różnych agencji, aby kontynuować rozwój tej koncepcji. Na przykład w pracach od 2016 r. Do 2019 r. Pomagały dwie rundy finansowania z programu NASA Innovative Advanced Concepts, który ma na celu wspieranie rozwoju potencjalnie rewolucyjna technologia lotów kosmicznych.
DFD otrzymało w tym roku nagrodę Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Agencji ds. Energii (ARPA-E), która będzie finansować dalszy rozwój w przyszłym roku.
Zespół przedstawił już niektóre podstawowe koncepcje w eksperymencie PFRC-1, który był prowadzony w PPPL w latach 2008–2011, oraz w PFRC-2, który obecnie działa. Naukowcy nie osiągnęli jeszcze syntezy jądrowej, ale mają nadzieję, że zrobią to z PFRC-4 w połowie 2020 roku.
Wkrótce potem pojawi się prototyp lotu. Rzeczywista misja może nadejść tuż po udanym locie demonstracyjnym - być może już w 2028 r., Powiedział Thomas.
- Czy ten startup złamał sekret energii syntezy jądrowej?
- Proton Fusion, źródło energii Słońca, wyjaśnione (Infografika)
- Naukowcy twierdzą, że szybkie wycieczki na Marsa oparte na syntezie jądrowej
Książka Mike'a Walla o poszukiwaniu życia obcego ”Tam„(Grand Central Publishing, 2018; ilustrowany przez Karl Tate), jest już dostępny. Śledź go na Twitterze @michaeldwall. Śledź nas na Twitterze @Spacedotcom lub Facebook.
