เครดิตรูปภาพ: NASA / JPL
การออกแบบเครื่องยนต์ไอออนใหม่ภายใต้การพิจารณาสำหรับภารกิจของยานอวกาศ Jupiter Icy Moons Orbiter ของนาซ่าได้รับการทดสอบเรียบร้อยแล้ว นี่เป็นการทดสอบประสิทธิภาพครั้งแรกของระบบไฟฟ้าซีนอนไอออนซึ่งจะใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับเครื่องยนต์ไอออนของยานอวกาศ - เครื่องยนต์ไอออนก่อนหน้าเช่นเดียวกับ Deep Space 1 และ SMART-1 เป็นพลังงานแสงอาทิตย์ เครื่องยนต์ใหม่ทำงานด้วยแรงขับของห้วงอวกาศ 10 เท่าและน่าจะวิ่งได้ 10 ปี มีเวลาพอที่จะเยี่ยมชมดวงจันทร์น้ำแข็งแต่ละดวงของจูปิเตอร์ซึ่งเป็นผู้สมัครที่มีศักยภาพสำหรับชีวิต
การออกแบบเครื่องยนต์ขับเคลื่อนด้วยไอออนใหม่ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีขับเคลื่อนของผู้สมัครภายใต้การศึกษาโดย Project Prometheus ของนาซ่าสำหรับการใช้งานที่เป็นไปได้ในภารกิจ Jupiter Icy Moons Orbiter ได้รับการทดสอบอย่างประสบความสำเร็จโดยทีมวิศวกรของห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion
เหตุการณ์ดังกล่าวเป็นการทดสอบประสิทธิภาพครั้งแรกของเครื่องยนต์ไอออนระบบไฟฟ้าซีนอนไอออน (Nexis) ที่ประสิทธิภาพสูงพลังงานสูงและสภาวะการทำงานที่ต้องการแรงขับสูงสำหรับการใช้งานในการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้านิวเคลียร์ สำหรับการทดสอบนี้เครื่องยนต์ Nexis ใช้พลังงานไฟฟ้าเชิงพาณิชย์ เครื่องยนต์ไอออนที่ใช้กับยานอวกาศ Jupiter Icy Moons Orbiter ที่เสนอจะดึงพลังงานจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์บนอวกาศ เครื่องยนต์ไอออนหรือเครื่องขับดันไฟฟ้าจะขับเคลื่อนยานอวกาศรอบ ๆ โลกน้ำแข็งที่โคจรรอบดาวพฤหัส - แกนีมีด, คาลลิสโตและยูโรปา - เพื่อทำการสำรวจประวัติศาสตร์เครื่องสำอางและศักยภาพในการดำรงชีวิตอย่างยั่งยืน
“ ในวันแรกของการทดสอบประสิทธิภาพ Nexis thruster แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพสูงสุดอย่างใดอย่างหนึ่งของ xenon ion thruster ที่เคยทดสอบ” Dr. James Polk ผู้วิจัยหลักของเครื่องยนต์ไอออนภายใต้การพัฒนาที่ JPL กล่าว
การทดสอบได้ดำเนินการในวันที่ 12 ธันวาคมในห้องสูญญากาศเดียวกันที่ JPL เมื่อต้นปีที่ผ่านมา Thruster ไอออนสำรองของห้วงอวกาศ 1 ได้สร้างสถิติความทนทานตลอดเวลา 30,352 ชั่วโมง (เกือบ 3.5 ปี) ของการทำงานอย่างต่อเนื่อง เครื่องยนต์ Nexis ทำงานที่ระดับพลังงานมากกว่า 20 กิโลวัตต์เกือบ 10 เท่าของทรัสสเปซ 1 ซึ่งช่วยเพิ่มแรงขับและความเร็วของยานอวกาศให้สูงขึ้นสำหรับยานอวกาศที่กำหนด มันถูกออกแบบมาเพื่อประมวลสองตัวขับเคลื่อนของเมตริกตันสองเท่าความสามารถของเครื่องยนต์ห้วงอวกาศ 1 ถึง 10 เท่าและใช้งานได้นาน 10 ปีสองถึงสามเท่าของทรัสเตอร์ห้วงอวกาศ 1
สมาชิกในทีมที่ทำงานกับเครื่องยนต์ Nexis ยังช่วยพัฒนาเครื่องยนต์ไอออนเครื่องแรกที่บินผ่านภารกิจ Deep Space 1 ที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงของ NASA ซึ่งตรวจสอบเทคโนโลยีขั้นสูงที่มีความเสี่ยงสูง 12 รายการในการใช้เครื่องยนต์ไอออนแรกในอวกาศ
นายทอมแรนดอล์ฟผู้จัดการโครงการ Nexis ของ JPL กล่าวว่า“ The Nexis thruster เป็นลูกหลานที่มีขนาดใหญ่กว่าและมีประสิทธิภาพสูงของ Thruster Deep Space 1 ที่ได้รับชีวิตที่ไม่ธรรมดาโดยการแทนที่โลหะซึ่งเคยใช้ในส่วนประกอบสำคัญ ๆ . “ ประสิทธิภาพการปฏิวัติของทรัสเตอร์เกิดจากกระบวนการออกแบบที่กว้างขวางซึ่งรวมถึงการจำลองโดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่มีรายละเอียดซึ่งได้รับการพัฒนาและตรวจสอบความถูกต้องกับการทดสอบชีวิตของห้วงอวกาศ 1 และข้อมูลการทดสอบส่วนประกอบอื่น ๆ ”
ซึ่งแตกต่างจากการเผาไหม้ระยะสั้นที่แรงขับสูงของเครื่องยนต์จรวดทางเคมีส่วนใหญ่ที่ใช้เชื้อเพลิงแข็งหรือของเหลวเครื่องยนต์ไอออนเปล่งแสงสีน้ำเงินอ่อน ๆ ของอะตอมที่มีประจุไฟฟ้าของซีนอนซึ่งเป็นก๊าซชนิดเดียวกันที่พบในหลอดแฟลชภาพถ่ายและในหลอดไฟประภาคารหลายแห่ง แรงขับจากเครื่องยนต์นั้นเบาพอ ๆ กับแรงที่กระทำโดยแผ่นกระดาษที่ถืออยู่ในฝ่ามือของคุณ ในระยะยาวเครื่องยนต์สามารถส่งเชื้อเพลิงได้ 20 เท่าต่อกิโลกรัมของเชื้อเพลิงมากกว่าจรวดแบบดั้งเดิม
กุญแจสำคัญในเทคโนโลยีไอออนคือความเร็วไอเสียสูง เครื่องยนต์ไอออนสามารถขับเคลื่อนได้สองสามร้อยกรัมต่อวันทำให้มีน้ำหนักเบา น้ำหนักที่น้อยลงหมายถึงค่าใช้จ่ายที่น้อยลงในการเปิดตัว แต่ยานอวกาศที่ขับเคลื่อนด้วยไอออนสามารถไปได้เร็วกว่าและไกลกว่ายานอวกาศอื่น ๆ
“ การทดสอบนี้เมื่อรวมกับการทดสอบล่าสุดของเครื่องยนต์พลังงานไฟฟ้าพลังงานสูงที่ศูนย์วิจัยเกล็นของนาซ่าเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของความก้าวหน้าที่เรากำลังทำในการพัฒนาเทคโนโลยีที่จำเป็นเพื่อสนับสนุนภารกิจการสำรวจอวกาศทั่วทั้งระบบสุริยะและอื่น ๆ อลันนิวเฮ้าส์ผู้อำนวยการโครงการโพร “ เราได้ท้าทายทีมของเราด้วยเป้าหมายด้านประสิทธิภาพที่ยากและพวกเขาแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการสร้างสรรค์ในการเอาชนะความท้าทายด้านเทคนิค”
Project Prometheus ของ NASA กำลังทำการลงทุนเชิงกลยุทธ์ในด้านพลังงานฟิชชันจากนิวเคลียร์ในอวกาศและเทคโนโลยีการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าซึ่งจะทำให้สามารถปฏิบัติภารกิจใหม่ในระบบสุริยะรอบนอกด้วยความสามารถที่เหนือกว่าที่เป็นไปได้ด้วยระบบพลังงานและระบบขับเคลื่อนในปัจจุบัน ภารกิจแรกภายใต้การศึกษานั้น Jupiter Icy Moon Orbiter จะเปิดตัวในทศวรรษหน้าและมอบความสามารถทางวิทยาศาสตร์และโทรคมนาคมที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญของนาซ่าและตัวเลือกการออกแบบภารกิจ แทนที่จะสร้างกระแสไฟฟ้าเพียงร้อยวัตต์เท่านั้นเช่นภารกิจ Cassini หรือ Galileo ซึ่งใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยความร้อนจากไอโซโทปรังสีไอโซโทปของดาวพฤหัสบดี Icy Moons Orbiter สามารถใช้พลังงานได้มากถึงสิบหมื่นวัตต์
การพัฒนาเครื่องยนต์ไอออน Nexis นั้นดำเนินการโดยทีมวิศวกรจาก JPL Aerojet, Redmond, Wash.; Boeing Electron Dynamic Devices, Torrance, Calif; ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลของ NASA, Huntsville, Ala; มหาวิทยาลัยรัฐโคโลราโดฟอร์ตคอลลินส์โคโล; สถาบันเทคโนโลยีจอร์เจีย, แอตแลนตา, จอร์เจีย; และ Aerospace Corporation, Los Angeles, Calif
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Project Prometheus บนอินเทอร์เน็ตโปรดไปที่: http://spacescience.nasa.gov/missions/prometheus.htm
ข้อมูลเกี่ยวกับภารกิจการโคจรของดาวพฤหัสบดี Icy Moons Orbiter มีให้ที่: NASA Jimo MIssion
แหล่งที่มาเดิม: ข่าวของ NASA / JPL
