หากคุณกำลังจะบินในอวกาศคุณต้องมีระบบขับเคลื่อนบางอย่าง เทคโนโลยีการขับเคลื่อนแบบใหม่ที่เรียกว่า Helicon Double Layer Thruster อาจมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นเมื่อใช้เชื้อเพลิง ดร. คริสตินชาร์ลส์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลียในแคนเบอร์ราเป็นนักประดิษฐ์
ฟังการสัมภาษณ์: Plasma Thruster Prototype (5.5 MB)
หรือสมัครสมาชิก Podcast: universetoday.com/audio.xml
เฟรเซอร์: คุณสามารถให้พื้นหลังเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลักดันที่คุณคิดค้นได้หรือไม่?
ดร. คริสตินชาร์ลส์: เอาล่ะทรัสเตอร์นี้เรียกว่า HDLT ซึ่งย่อมาจาก Helicon Double Layer Thruster และเป็นแอพพลิเคชั่นแบบพลาสมาทรัสเตอร์แบบใหม่ในการเดินทางในห้วงอวกาศ และพื้นหลังเป็นความเชี่ยวชาญของเราในเทคโนโลยีพลาสมาพลาสมาอวกาศการประมวลผลพลาสมาสำหรับการรักษาพื้นผิวและการใช้งานอื่น ๆ ที่หลากหลาย
เฟรเซอร์: ดังนั้นเครื่องยนต์ที่ชื่นชอบของการสำรวจอวกาศที่ตั้งไว้ในวันนี้คือเครื่องยนต์อิออนซึ่งแสดงให้เห็นถึงสมรรถนะที่ดีในฐานะเครื่องยนต์ที่ประหยัดน้ำมัน เอ็นจินที่คุณทำงานเกี่ยวข้องกับเครื่องยนต์อิออนอย่างไร คุณให้บริบทกับผู้อื่นได้ไหม
ดร. ชาร์ลส์: ใช่มีแง่มุมทั่วไปและแง่มุมที่แตกต่างกันมาก ก่อนอื่นเครื่องยนต์อิออนได้รับการพัฒนาให้ประสบความสำเร็จในอดีต - ฉันไม่รู้ - 50 ปีหรือมากกว่านั้น ตอนนี้มันพัฒนาค่อนข้างดี แต่ HD ทรัสเตอร์มีข้อดีที่น่าสนใจ ก่อนอื่นจะไม่ใช้อิเล็กโทรดใด ๆ ดังนั้นในเครื่องยนต์ไอออนคุณมีชุดของกริดเพื่อเร่งไอออน ดังนั้นทรัสเตอร์ของเราไม่มีอิเล็กโทรดเราจึงมีกลไกเร่งความเร็วแบบใหม่ที่เราเรียกว่าเลเยอร์สองชั้น นี่คือเหตุผลที่เราเรียกมันว่า HDLT: Helicon Double Layer Thruster ไม่มีอิเล็กโทรดดังนั้นจึงมีอายุการใช้งานที่ยาวนานเพราะคุณไม่มีขั้วบวก และอย่างที่สองสิ่งที่สำคัญจริงๆก็คือถ้าคุณดูอุปกรณ์เช่นเครื่องยนต์ไอออนพวกมันจะปล่อยไอออนออกมา ดังนั้นคุณต้องมีแหล่งที่มาของอิเล็กตรอนภายนอกเพื่อต่อต้านไอออนเหล่านี้และโดยทั่วไปแล้วจะทำโดยการมีอุปกรณ์ที่สองที่ด้านข้างของทรัสเตอร์ซึ่งเรียกว่าอุปกรณ์แคโทดแบบกลวง ในความเป็นจริงคุณมีสองอุปกรณ์ในเครื่องยนต์ไอออน และบ่อยครั้งที่พวกเขากลัวว่าอุปกรณ์แคโทดแบบกลวงเหล่านี้อาจล้มเหลวพวกเขาจึงใส่สองตัวเพื่อเพิ่มอายุการใช้งาน แต่ใน HDLT เราปล่อยพลาสมาซึ่งในตัวมันมีลำแสงอิออนเหนือเสียง ดังนั้นเราจึงมีลำแสงไอออนเหนือเสียงซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของแรงขับที่ออกมาจากทรัสเตอร์ แต่เรายังมีพลาสมาที่ปล่อยอิเล็กตรอนเพียงพอที่จะทำให้ลำแสงเป็นกลาง ดังนั้นเราไม่ต้องการอุปกรณ์ภายนอกนี้ซึ่งเป็นตัวทำให้เป็นกลาง เป็นสิ่งที่ดีมากเพราะสามารถให้ความปลอดภัยและความเรียบง่าย - ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวได้ดังนั้นมันจึงทำให้ HDLT น่าสนใจสำหรับการเดินทางในอวกาศที่ลึกมาก อายุการใช้งานยาวนาน และข้อดีอีกอย่างก็คือเนื่องจากเราใช้แนวคิดที่สองที่เรียกว่า helicon plasma มันเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพมากในการถ่ายโอนไฟฟ้าไปยังอนุภาคที่มีประจุในพลาสมา นั่นหมายความว่าเราจะได้รับ plasmas หนาแน่นจริง ๆ ด้วยไอออนจำนวนมากและเราสามารถขยายอำนาจ ดังนั้นเราสามารถไปได้ถึง 100 กิโลวัตต์ สิ่งนี้ยังไม่ได้ทำในต้นแบบเพราะต้นแบบแรกของเรามีเพียง 1 กิโลวัตต์ แต่การทดลองอื่น ๆ แนะนำว่าด้วยพลาสม่าประเภทของเราเราสามารถเพิ่มพลังได้จริง ๆ และการทำเช่นนั้นกับเครื่องยนต์ไอออนโดยทั่วไปสิ่งสำคัญคือเมื่อคุณไปถึงไม่กี่กิโลวัตต์คุณจะต้องมีกลุ่มของ ขับดัน
ดังนั้นฉันจะบอกว่ามันเป็นวันแรกของ HDLT แต่ข้อดีหลักคืออายุการใช้งานที่เพิ่มขึ้นความเรียบง่ายความสามารถในการปรับขนาดได้และความปลอดภัย และมันก็ค่อนข้างประหยัดเชื้อเพลิงซึ่งก็ดีมาก
Fraser: ในแง่ของประสิทธิภาพเครื่องยนต์ไอออนสามารถลดน้ำหนักของกระดาษได้ แต่พวกเขาสามารถทำได้หลายปีและสร้างแรงผลักดันขึ้นมา คุณกำลังบอกว่าคุณจะสามารถออกแรงมากกว่านี้ใช่ไหม
ดร. ชาร์ลส์: ในขณะนี้เครื่องยนต์ไอออนนั้นดีที่สุดในแง่ของแรงขับสำหรับกิโลวัตต์ในขณะนี้ และต้นแบบ HDLT ซึ่งเป็นเพียงแนวคิดและต่ำกว่า 1 กิโลวัตต์มันไม่ตรงกับแรงขับ หากคุณนำตัวอย่างของเครื่องยนต์อิออนโดยทั่วไปจะมี 100 นิวตันตันต่อหนึ่งกิโลวัตต์ ขณะนี้เรากำลังพูดถึงน้อยกว่า 3-5 เท่า แต่คุณต้องดูว่าเรายังไม่ได้พัฒนา 20 ปี เป็นวันแรกและเราสามารถปรับปรุงเทคโนโลยีได้อย่างแน่นอน
Fraser: และอย่างที่ฉันเข้าใจในตอนนี้องค์การอวกาศยุโรปได้เลือกเทคโนโลยีและทำการทดสอบภายใน แล้วมันเป็นยังไงบ้าง?
ดร. ชาร์ลส์: โอเคพวกเขามีโครงการไม่กี่โครงการ สิ่งแรกคือเราได้รับอนุญาตจากออสเตรเลียจากตัวแทนจัดหาเงินทุนและนั่นคือช่วงปี 2547-2548 และเราออกแบบและผลิตต้นแบบ HDLT ตัวแรกที่เรานำมาให้กับ ESA เมื่อเดือนเมษายนที่ผ่านมาและเราได้ทดสอบเป็นเวลาหนึ่งเดือน เรามีเงินทุน จำกัด ดังนั้นเราจึงไม่สามารถทดสอบได้เกินหนึ่งเดือน และนี่แสดงให้เห็นว่าทุกแง่มุมของทรัสเตอร์ทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบ แต่เราทดสอบพลังทั้งหมดที่เราสามารถทำได้และเรามีแรงดันแก๊สต่าง ๆ ฯลฯ เราไม่มีการวินิจฉัยที่เราต้องการวัดแรงขับดังนั้นเราจึงไม่รู้ว่าแรงผลักดันที่แท้จริงคืออะไร แรงขับที่เรามีคือสิ่งที่เราสามารถวัดได้จากลำแสงไอออนในออสเตรเลีย - มันยังคงต้องทำ และมันก็ขึ้นอยู่กับแนวคิดใหม่สองชั้นนี้ซึ่งเราต้องโน้มน้าวผู้คน และอีเอสเอคิดว่ามันน่าสนใจจริง ๆ ดังนั้นพวกเขาจึงตัดสินใจที่จะศึกษาค้นคว้าอิสระเพื่อตรวจสอบเอฟเฟกต์เลเยอร์สองชั้น มันเป็นแนวคิดพื้นฐานเบื้องหลังทรัสเตอร์ กลไกการเร่งความเร็ว ดังนั้นตอนนี้เราต้องดูว่ามันเกี่ยวกับอะไร
เลเยอร์คู่คืออะไร คุณสามารถจินตนาการได้ว่ามันเป็นเหมือนแม่น้ำและทันใดนั้นเตียงของแม่น้ำก็ตกลงมาเพื่อสร้างน้ำตก จากนั้นคุณมีไอออนเหล่านี้ที่ตกลงมาจากน้ำตกนี้และเร่งความเร็วแล้วเชื่อมต่อกับจรวดด้วยความเร็วไอเสียขนาดใหญ่ ดังนั้นเลเยอร์สองคือการลดลงของพลาสม่า สิ่งที่น่าสนใจมากคือใน HDLT เราไม่มีอิเล็กโทรดใด ๆ พลาสมาตัดสินใจที่จะทำสิ่งนี้โดยใช้สนามแม่เหล็กซึ่งเป็นขวดหรือหัวฉีดแม่เหล็ก นั่นคือทั้งหมดที่ ดังนั้นจึงเหมือนมีน้ำตกโดยไม่ต้องสูบน้ำผ่าน นี่คือแนวคิดพื้นฐาน
อีเอสเอจึงมีการศึกษาค้นคว้าอิสระนี้เพื่อตรวจสอบแนวคิดของ double layer คุณเคยเห็นข่าวประชาสัมพันธ์ล่าสุดหรือไม่?
เฟรเซอร์: ใช่ฉันมี
ดร. ชาร์ลส์: ดังนั้นจึงมีการศึกษาล่าสุดของออสเตรเลีย เรามีต้นแบบแรกและเราได้สาธิตบางประการ แม้ว่าแรงผลักดันยังไม่ได้วัดในห้องจำลองอวกาศ และอีเอสเอก็ตรวจสอบแนวคิดหลังทรัสเตอร์ซึ่งเป็นแนวคิดสองชั้นนี้ นั่นคือสิ่งที่เราอยู่ในขณะนี้
Fraser: ดังนั้นภารกิจใดที่คุณคิดว่า HDLT thruster น่าจะดีกว่า?
ดร. ชาร์ลส์: มันจะต้องเป็นภารกิจระยะยาวที่คุณถูกบังคับให้ต้องทำช้า แต่เป็นเวลานาน และยังมีด้านความปลอดภัยที่ดี มันมีศักยภาพที่จะใช้สำหรับยานอวกาศ spaceflight ดังนั้นจึงเหมาะสำหรับภารกิจในห้วงอวกาศหรือไปยังดาวอังคาร…อย่างนั้น
เฟรเซอร์: ฉันเข้าใจแล้ว ฉันเดาว่าหนึ่งในข้อดีหลัก ๆ ของที่นี่คือมันมีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวน้อยกว่า - ชิ้นส่วนที่สามารถพังทลายได้
ดร. ชาร์ลส์: และมันก็สามารถขยายขนาดได้ด้วยอำนาจซึ่งก็สำคัญเช่นกัน NASA ได้สร้างแบบจำลองของพลังงานที่คุณจะต้องส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารและมันอยู่ในช่วงเมกะวัตต์ ดังนั้นคุณจะต้องมีพลัง คุณจะต้องสามารถเพิ่มเครื่องขับดันได้เช่นกัน พวกเขาจำเป็นต้องสามารถทำงานภายใต้พลังงานขนาดใหญ่เพื่อทำงาน สิ่งที่นาซ่าทำก็คือแสดงให้เห็นว่าถ้าคุณมีพลาสมาพลาสมาที่เหมาะสมหรือจรวดพลาสมาคุณสามารถลดเวลาในการไปยังดาวอังคารได้เพราะถ้าคุณใช้เทคโนโลยีพลาสมาคุณสามารถใช้วิถีทางมาตรวิทยา หากคุณใช้แรงขับสารเคมีคุณจะมีวิถีกระสุนมากกว่า ดังนั้นคุณสามารถลดเวลาในการเดินทางไปยังดาวอังคารได้
Fraser: แล้วขั้นตอนต่อไปของการวิจัยของคุณคืออะไร?
ดร. ชาร์ลส์: เรากำลังทำสิ่งต่าง ๆ พร้อมกัน เรายังคงทำงานอย่างหนักในชั้นสองเพราะมันเป็นฟิสิกส์ที่ดีมากซึ่งมีแอพพลิเคชั่นอื่น ๆ ทุกชนิดสำหรับออโรร่าหรือการเร่งความเร็วลมสุริยะ ฯลฯ เรายังมีห้องจำลองอวกาศใหม่ที่นี่ที่ มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย และเราได้ติดตั้งต้นแบบซึ่งกลับมาจาก ESA เข้าไปในห้องจำลองอวกาศ และเราจะเริ่มพยายามวัดความสมดุลของแรงขับและวิธีอื่น ๆ ซึ่งอาจเกิดขึ้นตั้งแต่เดือนมกราคม 2549 และอาจมีข่าวอื่น ๆ เกิดขึ้นฉันไม่รู้ เราจะดูว่ามันเป็นอย่างไร เราจะพยายามอย่างมากในเรื่องนี้ มันน่าสนใจมากเพราะหลายคนสนใจผลลัพธ์
ข้อมูล HDLT Thruster จาก ANU
