Hvordan elektrisk romfartøy kunne fly NASA til Mars

Hall Thruster av Aerojet

En Aerojet Hall -thruster vises i drift. (Bildekreditt: Aerojet)



Elektriske kjøretøyer er ikke bare populære på bakken - det viser seg at de også er raseri i verdensrommet i disse dager. Selv om de fortsatt ikke er så vanlige som tradisjonelle kjemiske romfartøymotorer, vokser elektriske motorer i popularitet både for satellitter i bane rundt jorden og vitenskapelige romfartøyer på oppdrag til dypt rom. Og elektriske motorer kan vise seg å være et sentralt element i NASAs mål om å sende folk til Mars, sier eksperter.



'Modenheten til de forskjellige teknologiene som utgjør elektrisk fremdrift kommer dit, 'sa Vlad Hruby, president i Busek romfartøymotorselskap. Hruby sa at han har ventet på en renessanse i elektriske romfartøyer i omtrent 20 år. 'Nå er det endelig i gang.'

I 2012 introduserte Boeing et helelektrisk kommunikasjonssatellittdesign kalt 702SP, som tjenestemenn sier har vært populært blant kommersielle kunder. I april i år sa satellittbygger Orbital Sciences det utvikler sin egen helelektriske modell å konkurrere. [Elektriske kjøretøyer for å utforske dype rom (fotogalleri)]



Klynge av fire Busek Hall -effektpropellere

Klynge av fire Busek Hall -effektpropellere(Bildekreditt: Busek)

Elektriske motorer



Det er to hovedmåter for å drive en elektrisk romfartøymotor: via solenergi absorbert fra solen, eller via atomfisjon. Begge har blitt testet med hell, selv om solenergi fremdrift er den mest brukte.

- Strømmen til solceller blir billigere per watt og blir mer effektiv, sier Hruby til demokratija.eu. 'En haug med faktorer konvergerer for endelig å gjøre det til den foretrukne metoden.' [I slekt: Elektriske biler på jorden og Mars: Hvordan de stabler seg opp ]

Elektriske romfartøymotorer har flydd i forskjellige former i flere tiår. På 1970 -tallet var Sovjetunionen banebrytende for Hall -thrusterteknologi, som fortsatt er den vanligste typen elektrisk romfartøymotor. Hall -thrustere bruker elektriske og magnetiske felt til å konvertere nøytrale atomer i et drivmiddel til ladede atomer, kalt ioner, og deretter akselerere ionene for å produsere skyvekraft.



'Du har et elektrisk nett som har en viss spenning,' forklarte Nathaniel Fisch, leder for Hall Thruster Experiment -prosjektet ved Princeton Plasma Physics Laboratory i Princeton, N.J. 'Du danner et plasma og akselererer ionene i plasmaet. Da ville ionene bli kastet ut ved spenningen du legger mellom nettet og plasmaet. '

Japans Hayabusa-romfartøy, som ble lansert i 2003 for å møte med asteroiden Itokawa, brukte elektrisk fremdrift, det samme gjorde NASAs asteroidebesøkende Dawn-romfartøy, som løftet seg i 2007.

Denne typen motor har en tendens til å være mye mer drivstoffeffektiv enn en typisk kjemisk rakettmotor, som bruker energien som skapes ved kjemiske reaksjoner mellom to kjemikalier-et drivstoff og en oksydator-for å skape kraft.

'Elektrisk fremdrift er den mest effektive fremdriftsmetoden vi vet om akkurat nå,' sier Christian Carpenter, romarkitekt i Exploration Systems -avdelingen i rakettmotorselskapet Aerojet. 'Det har vanligvis to eller flere ganger besparelser i drivmiddel - det er demonstrert.'

Å spare alt drivstoff betyr at elektriske romfartøyer kan veie mye mindre enn kjemiske romfartøyer. Denne massebesparelsen betyr at den samme satellitten kan skytes opp på en mindre, billigere rakett, eller at den ekstra massen kan brukes til å legge til flere instrumenter i romfartøyet, for eksempel å legge til ekstra transpondere til kommunikasjonssatellitter.

Ulempen er at denne drivstoffeffektiviteten ofte kommer på bekostning av skyvekraften, så elektrisk fremdrevne romfartøyer akselererer saktere og tar lengre tid å nå samme destinasjon. (De kan være designet for å produsere samme kraft som kjemiske motorer, men vil da kreve mer strøm enn dagens solcelleoppstillinger kan levere.)

'Måten vi tenker på det er at drivstoffeffektiviteten din virker på å få ned bilmassen din på bekostning av at kraften faller, noe som betyr lengre reisetid,' sa Carpenter. 'Det er en balanse mellom å redusere massen og å øke reisetiden. Det er opp til arkitekten av systemet å finne den rette balansen. '

Oppdrag til Mars

Et Hall Thruster fremdriftssystem laget av Aerojet er vist her.

Et Hall Thruster fremdriftssystem laget av Aerojet er vist her.(Bildekreditt: Aerojet)

Denne balansen er et av nøkkelspørsmålene NASA står overfor når de vurderer å sende folk til en asteroide og deretter videre til Mars i midten av 2030 -årene - et mål lagt av president Barack Obama.

Carpenter og andre tok nylig til orde for en kombinasjon av kjemisk og elektrisk fremdrift for et bemannet Mars -oppdrag ved Summans for mennesker 2 Mars 7. mai i Washington, DC Kjemiske motorer kan brukes til å drive et mannskap til den røde planeten om omtrent seks måneder, sa Carpenter, men habitat, forsyninger og utstyr de trenger kan sendes på et elektrisk lastebåt på forhånd i en tur som sannsynligvis vil ta omtrent to og et halvt år.

'Folk må kunne komme til destinasjonen i rimelig tid,' sa han. 'De vil være ute og gjøre oppdraget sitt, ikke ri på det. Kjemiske motorer gir høye trykk, men det er ikke den mest drivstoffeffektive måten å gjøre det på.

I kontrast kan for eksempel elektrisk elektrisk fremdrift være perfekt for det ubemannede lastoppdraget. 'For last kan du ta deg god tid, og du kan gjøre ting effektivt,' sa Carpenter. 'Vi er interessert i alle alternativene. Det er virkelig ikke en sølvkule -teknologi for å dra til Mars - det er en portefølje. '

På sikt, sa han, atomdrevet elektriske motorer kan være blant de beste alternativene for å komme til Mars, men den teknologien er ikke klar ennå. Foreløpig er utstyret for å utføre atomfisjon for massivt, og krever hydrogenbrensel, som er vanskelig å lagre i lange perioder, sa Carpenter. Et levedyktig atomdrevet romfartøy har ennå ikke blitt fløyet.

'På lengre sikt gir atomrakettene omtrent det dobbelte av drivstofføkonomien til en kjemisk motor, men samme eller høyere skyvekraft,' sa Carpenter. «Du kan fremdeles komme dit raskt, men bruk halvparten så mye drivstoff. Vi tenker på horisonten, at atom til slutt vil være det beste besetningssystemet. '

Følg Clara Moskowitz videre Twitter og Google+ . Følg oss @Spacedotcom , Facebook og Google+ . Original artikkel om demokratija.eu .