Uydularda kullanılan plazma iticiler, daha önce inanılandan çok daha güçlü olabilir

Yörüngede yaygın olarak kullanılan verimli bir elektrikli tahrik türü olan Hall iticilerinin, çok fazla itme kuvveti üretmek için büyük olması gerektiğine inanılıyordu. Şimdi, Michigan Üniversitesi’nden yapılan yeni bir araştırma, daha küçük Hall iticilerinin çok daha fazla itme gücü üretebileceğini ve potansiyel olarak onları gezegenler arası görevler için aday haline getirebileceğini öne sürüyor.

UM havacılık ve uzay mühendisliği doçenti Benjamin Jorns, “İnsanlar daha önce bir itici alanından yalnızca belirli bir miktarda akımı itebileceğinizi düşünmüştü, bu da doğrudan birim alan başına ne kadar kuvvet veya itme üretebileceğinize dönüşür” dedi. yeni Hall itici çalışmasının sunulmasına öncülük etti. AIAA SciTech Forumu National Harbor, Maryland’de bugün.

Ekibi, 9 kilovatlık bir Hall iticisini 45 kilovata kadar çalıştırarak ve nominal verimliliğinin kabaca %80’ini koruyarak bu sınıra meydan okudu. Bu, birim alan başına üretilen kuvvet miktarını neredeyse 10 kat artırdı.

İster plazma itici ister iyon tahrikli olarak adlandıralım, elektrikli tahrik gezegenler arası yolculuk için en iyi seçeneğimizdir – ancak bilim bir yol ayrımındadır. Hall iticileri kanıtlanmış bir teknoloji olsa da, manyetoplazmadinamik itici olarak bilinen alternatif bir konsept, daha küçük motorlara çok daha fazla güç sığdırmayı vaat ediyor. Ancak, ömür boyu da dahil olmak üzere birçok yönden henüz kanıtlanmamıştır.

Hall iticilerinin, çalışma biçimleri nedeniyle rekabet edemeyeceklerine inanılıyordu. Tipik olarak ksenon gibi bir asil gaz olan itici gaz, güçlü bir elektrik alanı tarafından hızlandırıldığı silindirik bir kanal boyunca hareket eder. Arkadan çıkarken ileri yönde itme kuvveti oluşturur. Ancak itici gaz hızlandırılmadan önce, ona pozitif bir yük vermek için bazı elektronları kaybetmesi gerekir.

Jorns tarafından “vızıldayan testere” olarak tanımlanan bu kanalın etrafındaki bir halkada hareket etmek için manyetik alan tarafından hızlandırılan elektronlar, elektronları itici atomlardan koparır ve onları pozitif yüklü iyonlara dönüştürür. Bununla birlikte, hesaplamalar, bir Hall iticisinin motordan daha fazla itici gaz sürmeye çalışması durumunda, bir halkada vızıldayan elektronların oluşumun dışına çıkarak “vızıltılı testere” işlevini bozacağını ileri sürdü.

Jorns, “Çiğneyebileceğinden daha fazlasını ısırmaya çalışmak gibi,” dedi. “Vızıltı testeresi bu kadar çok malzemenin içinden geçemez.”

Ayrıca, motor aşırı derecede ısınırdı. Jorns’un ekibi bu inançları teste tabi tuttu.

“İticimize H9 MUSCLE adını verdik çünkü esasen, H9 iticisini aldık ve onu ’11’e çevirerek bir güçlü araba yaptık – doğru ölçeklendirme yapacaksak gerçekten yüze kadar,” dedi. Çalışmayı sunacak olan havacılık ve uzay mühendisliği doktora öğrencisi Leanne Su.

Isı problemini suyla soğutarak çözdüler, bu da vızıltı testere arızasının ne kadar büyük bir problem olacağını görmelerini sağladı. Görünüşe göre, pek sorun değildi. Geleneksel itici gaz olan xenon ile çalışan H9 MUSCLE, 9 kilovatlık tasarım gücündeki %62’lik verimlilikten pek de uzak olmayan yaklaşık %49’luk bir genel verimlilikle 37,5 kilovata kadar çalıştı.

Daha hafif bir gaz olan kriptonla çalışarak güç kaynaklarını 45 kilovat ile maksimuma çıkardılar. %51’lik bir genel verimlilikte, çok daha büyük olan 100 kilovatlık sınıf X3 Hall itici ile eşit olan, yaklaşık 1,8 Newton’luk maksimum itme gücüne ulaştılar.

“Bu biraz çılgınca bir sonuç çünkü tipik olarak kripton, Hall iticilerinde ksenondan çok daha kötü performans gösteriyor. Bu yüzden, itici akım yoğunluğunu artırarak kriptonun ksenona göre performansını iyileştirebileceğimizi görmek çok güzel ve ileriye dönük ilginç bir yol. dedi Su.

Yine kısmen UM tarafından geliştirilen X3 gibi iç içe geçmiş Hall iticileri, gezegenler arası kargo taşımacılığı için araştırılmıştır, ancak çok daha büyük ve ağırdırlar, bu da insanları taşımalarını zorlaştırır. Şimdi, sıradan Hall iticileri, mürettebatlı yolculuklar için masaya geri döndü.

Jorns, Hall iticileri bu yüksek güçlerde çalışacaksa, soğutma sorununun uzaya uygun bir çözüme ihtiyacı olacağını söylüyor. Yine de, tek tek iticilerin, bir megavat değerinde itiş sağlayan diziler halinde düzenlenmiş olarak 100 ila 200 kilovatta çalışabileceği konusunda iyimser. Bu, mürettebatlı görevlerin güneşin uzak tarafında bile 250 milyon millik bir mesafe kat ederek Mars’a ulaşmasını sağlayabilir.

Ekip, az sayıda tesisin Mars görevi seviyesindeki iticileri test edebildiği Dünya’da hem Hall iticilerini hem de manyetoplazmadinamik iticileri geliştirmedeki zorlukların yanı sıra soğutma sorununu da sürdürmeyi umuyor. İticiden çıkan itici gaz miktarı, vakum pompalarının test odasının içindeki koşulları boşluk benzeri tutması için çok hızlı gelir.