Se hai intenzione di volare nello spazio, hai bisogno di un qualche tipo di sistema di propulsione. Una nuova tecnologia di spinta chiamata Helicon Double Layer Thruster potrebbe essere ancora più efficiente con il suo carburante. La dott.ssa Christine Charles della Australian National University di Canberra è l'inventore.
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Fraser: Puoi darmi qualche informazione sulla spinta della tecnologia che hai inventato?
Dr. Christine Charles: Ok, questo thruster si chiama HDLT, che sta per Helicon Double Layer Thruster, ed è un nuovo tipo di applicazione del thruster al plasma nei viaggi nello spazio profondo. E lo sfondo è la nostra esperienza nelle tecnologie al plasma, plasma spaziale, elaborazione al plasma per il trattamento di superfici e una varietà di altre applicazioni.
Fraser: Quindi, il motore preferito del set di esplorazione spaziale in questi giorni è il motore a ioni, che ha dimostrato prestazioni abbastanza buone come motore a basso consumo di carburante. In che modo il motore su cui stai lavorando si collega a un motore a ioni? Puoi dare un po 'di contesto alle persone?
Dr. Charles: Sì, ci sono alcuni aspetti comuni e alcuni aspetti molto diversi. Quindi, prima il motore a ioni è stato sviluppato con successo in passato - non lo so - 50 anni circa. Ora è abbastanza ben sviluppato. Ma il propulsore HD ha alcuni vantaggi interessanti. Innanzitutto, non utilizza alcun elettrodo. Quindi nel motore a ioni, hai una serie di griglie per accelerare lo ione. Quindi il nostro propulsore non ha elettrodi, abbiamo un nuovo tipo di meccanismo di accelerazione che chiamiamo Double Layer. Ecco perché lo chiamiamo HDLT: propulsore a doppio strato Helicon. Non ha elettrodi, quindi significa che ha una lunga durata perché non si ha erosione dell'elettrodo. E un secondo aspetto davvero importante è che se si guardano dispositivi come i motori a ioni, essi emettono ioni. Quindi è necessario disporre di una fonte esterna di elettroni per neutralizzare questi ioni, e ciò avviene generalmente avendo un secondo dispositivo sul lato del propulsore che è chiamato un dispositivo a catodo cavo. In effetti hai due dispositivi su un motore a ioni. E spesso perché temono che questi dispositivi a catodo cavo possano guastarsi, ne indossano due per aumentarne la durata. Ma nell'HDLT, in realtà emettiamo un plasma, che di per sé contiene un raggio ionico supersonico. Quindi abbiamo il raggio ionico supersonico, che è la principale fonte di spinta quando esce dal propulsore, ma abbiamo anche il plasma che emette abbastanza elettroni per neutralizzare il raggio. Quindi non abbiamo bisogno di questo dispositivo esterno che è il neutralizzatore. È ottimo perché può fornire sicurezza e semplicità - non ci sono parti in movimento - quindi rende l'HDLT abbastanza attraente per viaggi nello spazio molto profondi; lunga vita. E un altro vantaggio è che, poiché utilizziamo un secondo concetto chiamato plasma ad elio, è un modo molto efficiente di trasferire l'elettricità nelle particelle cariche nel plasma. Ciò significa che possiamo ottenere plasmi molto densi con molti ioni e possiamo aumentare di potenza. Quindi, possiamo probabilmente salire a 100 chilowatt. Questo non è stato ancora fatto qui in un prototipo, perché il nostro primo prototipo era solo 1 chilowatt. Ma altri esperimenti hanno suggerito che con il nostro tipo di plasma, possiamo davvero aumentare di potenza, e per farlo con un motore a ioni, in pratica la cosa principale è che quando si superano alcuni chilowatt, è necessario disporre di un cluster di propulsori.
Quindi direi che sono davvero i primi giorni per l'HDLT, ma i principali vantaggi sono una maggiore durata, semplicità, scalabilità e sicurezza. Ed è anche abbastanza efficiente nei consumi, il che è molto buono.
Fraser: in termini di prestazioni, i motori a ioni possono spingere la spinta del peso di un pezzo di carta, ma possono farlo per anni e anni e costruire la spinta. Stai dicendo che potresti mettere più spinta?
Dr. Charles: Al momento, i motori a ioni sono sicuramente i migliori in termini di spinta, per kilowatt, al momento. E il prototipo HDLT, che è solo un concetto e sotto 1 chilowatt, non corrisponde alla spinta. Se prendi l'esempio di un motore a ioni, in genere ha 100 milli di newton per un chilowatt. Stiamo parlando probabilmente 3-5 volte in meno al momento, ma devi vedere che non abbiamo avuto 20 anni di sviluppo. Sono i primi giorni e possiamo sicuramente migliorare la tecnologia.
Fraser: E poi, come ho capito ora, l'Agenzia spaziale europea ha raccolto la tecnologia e sta effettuando alcuni test interni. E come è andata per loro?
Dr. Charles: Okay, avevano alcuni progetti. La prima cosa è che abbiamo ricevuto una sovvenzione in Australia da un'agenzia di finanziamento, e questo è stato nel periodo 2004-2005. E abbiamo progettato e realizzato il primo prototipo HDLT, che abbiamo portato all'ESA lo scorso aprile e che abbiamo testato per un mese. Avevamo finanziamenti limitati, quindi non abbiamo potuto testarlo per più di un mese. E questo ha dimostrato che tutti gli aspetti del propulsore funzionavano perfettamente. Ma abbiamo testato tutte le potenze che potevamo e avevamo pressioni di gas diverse, ecc. Non disponevamo della diagnostica necessaria per misurare la spinta, quindi non sapevamo quale fosse la spinta effettiva. La spinta che abbiamo è ciò che possiamo misurare dal raggio ionico in Australia - deve ancora essere fatto. Ed è basato su questo nuovissimo concetto di doppio strato, di cui abbiamo dovuto convincere la gente. E l'ESA ha ritenuto che fosse davvero interessante, quindi avevano deciso di avere uno studio indipendente per validare l'effetto doppio strato. È il concetto di base dietro il propulsore; il meccanismo di accelerazione. Quindi ora dobbiamo davvero vedere di cosa si tratta.
Che cos'è un doppio strato? Puoi solo immaginare, è come un fiume e improvvisamente il letto del fiume cade in modo da creare una cascata. Quindi hai questi ioni che cadono giù da questa cascata, e vengono accelerati e quindi collegati al razzo con una grande velocità di scarico. Quindi il doppio strato è una potenziale caduta nel plasma. La cosa molto interessante è che nell'HDLT non abbiamo elettrodi; il plasma decide solo di farlo, usando un certo campo magnetico, che è una bottiglia magnetica o un ugello. E questo è tutto. Quindi è come avere la cascata senza pompare l'acqua. Quindi questo è il concetto di base.
Quindi l'ESA ha avuto questo studio indipendente per convalidare il concetto di doppio strato. Hai visto l'ultimo comunicato stampa?
Fraser: Sì, l'ho fatto.
Dr. Charles: Quindi c'è stato questo ultimo studio in Australia. Abbiamo il primo prototipo e abbiamo dimostrato alcuni aspetti; sebbene, la spinta non sia stata ancora misurata in una camera di simulazione spaziale. E l'ESA ha anche convalidato il concetto alla base del propulsore, che è questo concetto a doppio strato. Ecco dove siamo al momento.
Fraser: Quindi per quali tipi di missioni pensi che il propulsore HDLT sarebbe meglio?
Dr. Charles: Deve essere per missioni a lungo termine in cui sei costretto ad andare lentamente, ma per molto tempo. E ha anche questo bell'aspetto di sicurezza. Ha il potenziale per essere utilizzato per il volo spaziale con equipaggio. Quindi è davvero per le missioni nello spazio profondo, o andare su Marte ... cose del genere.
Fraser: Capisco. Immagino che uno dei suoi principali vantaggi qui sia che ha meno parti in movimento - parti che potrebbero rompersi.
Dr. Charles: E può essere aumentato al potere, il che è anche importante. La NASA ha fatto una simulazione del tipo di energia di cui avresti bisogno per inviare gli umani su Marte, ed è nella gamma dei megawatt. Quindi dovrai avere il potere. Dovrai essere in grado di aumentare anche i tuoi propulsori. Devono essere in grado di operare a grande potenza per fare il lavoro. Ciò che la NASA ha fatto è dimostrare che se si potesse avere un propulsore o un razzo al plasma adeguati, si potrebbe ridurre il tempo di andare su Marte perché se si utilizza la tecnologia al plasma, è possibile utilizzare le traiettorie geodetiche. Se usi la propulsione chimica, avrai più come una traiettoria balistica. Quindi, ad esempio, puoi ridurre il viaggio nel tempo su Marte.
Fraser: Quindi quali sono i prossimi passi per la tua ricerca?
Dr. Charles: Bene, stiamo facendo varie cose in parallelo. Stiamo ancora lavorando molto fortemente sul doppio strato stesso perché questo è un tipo molto bello di fisica che ha tutti i tipi di altre applicazioni per l'aurora, o l'accelerazione del vento solare, ecc. Abbiamo anche una nuova camera di simulazione spaziale qui al Australian National University. E abbiamo montato il prototipo, che è tornato dall'ESA, in quella camera di simulazione spaziale. E inizieremo a provare a misurare il bilancio di spinta e altri modi, probabilmente da gennaio 2006. E potrebbero esserci altre notizie in arrivo, non lo so. Vedremo come va. Sicuramente ci impegneremo molto in questo argomento. È molto affascinante perché molte persone sono interessate al risultato.
Informazioni sul propulsore HDLT da ANU
