Güneşin etrafında sapanla dönmek bir uzay aracını şimdiye kadarki en hızlı hale getirir

NASA, uzay aracının daha hızlı gitmesini sağlayacak bir itiş yöntemi geliştirmekle çok ilgileniyor. Bu hedefi desteklemek için farklı fikirler hakkında birkaç kez rapor verdik ve daha başarılı olanların çoğu, şu anda Jüpiter’de yaygın olarak yapıldığı gibi, genellikle güneşin etrafından dolaşarak güneşin yerçekimini iyi bir şekilde kullandılar.

Ancak bunu yaparken hâlâ önemli engeller var; bunlardan en önemlisi, güneşten yayılan enerjinin, yerçekimi desteğinden yararlanacak kadar yaklaşan her şeyi buharlaştırması. NASA’nın Gelişmiş Kavramlar Enstitüsü (NIAC) tarafından desteklenen ve şu anda Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda çalışan Jason Benkoski tarafından yürütülen bir projenin çözmeye çalıştığı sorun bu.

Proje 2022’de iki ayrı sistemi (bir ısı kalkanı ve bir termal itici sistem) birleştirmeye odaklanan NIAC Faz I hibesi ile ödüllendirildi. Projenin nihai raporuna göre, bu iki teknolojinin birleştirilmesi, bir uzay aracının güneşin etrafında Oberth manevrası olarak bilinen hareketi gerçekleştirmesine olanak tanıyabilecek.

Bu yörünge mekaniği hilesinde, bir uzay aracı güneşin yerçekimini iyi kullanarak kendisini hedeflediği yöne doğru yüksek hızlarda fırlatır. Diğer makalelerde tartışılan güneş dalgıcı teknolojisine benzer.

Peki bu projeyi benzersiz kılan şey ne? Isı kalkanı bir şeydir; Dr. Benkoski ve ekibi, 2700 K’ye kadar dayanabilen bir malzeme geliştirdi. Bu, hala güneş yüzeyinin 5800 K’ye kadar ulaşabilen sıcaklığına yakın olmasa da, oldukça yaklaşmak ve böylece bir kilidin kilidini açmak için yeterli. uzay aracının ilk etapta Oberth manevrasını kullanma yeteneği.

Bu termal özelliklere sahip malzemenin örnekleri halihazırda üretilmiştir. Ancak uzay uçuşu için uygun olup olmadıklarını anlamak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç var. Ve bir ısı kalkanı tek başına manevrayı gerçekleştirmek için yeterli değildir; bir uzay aracının aynı zamanda bu sıcaklıklara dayanabilecek bir itme sistemine de sahip olması gerekir.

Bir güneş enerjisi termal tahrik sistemi potansiyel olarak bunu yapabilir. Bu sistemler, kendi itici gazlarını basınçlandırmak için güneş enerjisini kullanır ve daha sonra, bir Oberth manevrasının gerekli bir bileşeni olan itme kuvvetini kazanmak için bu itici gazları dışarı atar. Böyle bir sistem için işe yarayabilecek birkaç farklı yakıt türü vardır ve Aşama I projesindeki araştırmanın büyük bir kısmı, her birinin farklı maliyetlerine/faydalarına baktı.

Hidrojen, güneş enerjisi termal tahrik sistemi için düşünülen en yaygın yakıtlardan biridir. Hafif olmasına rağmen hidrojeni depolamak için büyük bir kriyojenik sistem gerektirir çünkü itme kuvveti olarak kullanılacak noktaya kadar ısıtılır. Sonuçta, ödünleşimleri onu proje sırasında dikkate alınan itici gazlar arasında en az etkili hale getirdi.

Lityum hidrit, en hızlı kaçış hızına olanak sağlayan yakıt kategorisinde sürpriz kazanan oldu. Hesaplamalar bunun 12 AU / yılın üzerinde bir hıza yol açabileceğini gösteriyor. Ancak yakıtın depolanması ve taşınmasıyla ilgili kısıtlamalar vardır.

Dr. Benkoski yaptığı modellemenin genel galibi olarak daha sıradan bir yakıt olan metan üzerinde karar kıldı. Genellikle lityum hidritten daha yavaş bir son hıza neden olsa da, son hızı 10 AU / yılın üzerinde hala kabul edilebilir düzeydedir. Aynı zamanda, hidrojeni depolamak için gereken kriyojenikler gibi diğer itici gazların depolama sorunlarını da ortadan kaldırır.

Bununla birlikte bazı dezavantajlar da var; hesaplanan maksimum hız, Jüpiter’in yerçekimsel desteğiyle yapılabilecek olandan yalnızca 1,7 kat daha hızlıdır ve bu da çok fazla süslü termal koruma gerektirmez.

Bununla birlikte, uzay aracının gidebileceği yönün Jüpiter’in diğer ilgi çekici nesnelere göre bulunduğu konumla sınırlı olması gibi bunun başka dezavantajları da var. Öte yandan Güneş’in yörüngesinde dönerken, doğru kontrollü yanmayla Güneş Sistemi’nin hemen hemen her yerine ve ötesine ulaşmak mümkün.

Dr. Benkoski’nin nihai raporda belirttiği gibi, modelleme hesaplamalarını yaparken, sistemin sonuçları önemli ölçüde etkileyebilecek spekülatif teknolojiler yerine yalnızca halihazırda geliştirilmiş teknolojileri kullanabileceği de dahil olmak üzere pek çok varsayımda bulundu.

Şimdilik, NASA’nın bu projeyi Faz II’ye geçmek için seçmiş gibi görünmüyor ve daha fazla gelişme için gelecekte ne gibi çalışmaların planlandığı da belirsiz. Başka bir şey olmasa da, uzay aracını güneşin yanından geçip derin uzaya daha önce hiç olmadığı kadar hızlı bir şekilde göndermek için neyin gerekli olduğunu anlamaya yönelik bir adımdır. NASA’nın bu konuya olan sürekli ilgisi göz önüne alındığında, bir gün görevlerden birinin bunu başaracağı şüphesizdir.