Kuinka Fuusion Propulsio Toimii

{h1}

Käyttämällä nykyistä rakettiteknologiaa marsin matka kestää seitsemän kuukautta. Fuusiopulssi leikkaa tämän matkan puoleen. Selvitä, mikä fuusio on ja miten se voisi nopeuttaa avaruusmatkaa.

Ihmiset ovat laskeutuneet kuuhun useaan kertaan, ja lentävät maapallon kiertorataa tänään tuntuu rutiinilta. Avaruus on jopa pitkän aikavälin ratkaisu eräisiin astronauteihin kansainvälisen avaruusaseman alla. Kuitenkin, kun ajattelet aurinkokuntamme kokoa, puhumattakaan maailmankaikkeudesta, olemme juuri ottaneet vauva-askeleet avaruuteen. Jotta Marsille ja muille planeetoille, jotka eivät ole tavanomaisten rakettimoottoreiden ulottumattomissa, NASA kehittää useita edistyksellisiä käyttövoimajärjestelmiä, mukaan lukien aurinkoenergiaa hyödyntävä.

Periaatteessa fuusiokäyttöinen avaruusalus on suunniteltu luomaan samantyyppiset korkean lämpötilan reaktiot, joita esiintyy auringon ytimessä. Näistä reaktioista syntyvä valtava energia karkotetaan moottorista työntövoiman aikaansaamiseksi. Tällaisen käyttövoimajärjestelmän avulla avaruusalus voisi nopeuttaa Marsia noin kolmessa kuukaudessa. Se vie tavanomaisia ​​raketteja vähintään seitsemän kuukautta Marsiin pääsemiseksi.

Tässä painoksessa Miten asiat toimivat, opit, mitä fuusio on ja mitä kehitystä NASA on tehnyt fuusioenergisen avaruusaluksen rakentamisessa.

Mikä on Fusion?

Me ja maapallomme ovat miljoonien ydinfuusioreaktion edunsaajat joka toinen sekunti auringon ytimen sisällä. Ilman näitä reaktioita meillä ei olisi mitään valoa tai lämpöä, eikä luultavasti elämää. Fuusioreaktio tapahtuu, kun kahta atomia vety törmätä luomaan suuremman helium-4 atomia, joka vapauttaa energiaa. Näin prosessi toimii:

  • Kaksi protonia yhdistää muodostaen deuteriumatomin, positronin ja neutrinon.
  • Protoni- ja deuteriumatomat yhdistyvät helium-3-atomin (kaksi protonia yhden neutronin) ja gammasäteen muodostamiseksi.
  • Kaksi helium-3-atomia yhdistyvät muodostaen helium-4: n (kaksi protonia ja kaksi neutronia) ja kaksi protonia.

Fuusio voi tapahtua vain erittäin lämmitettyjä ympäristöjä mitataan miljoonilla asteilla. Tähdet, jotka on tehty plasmasta, ovat ainoat luonnolliset esineet, jotka ovat tarpeeksi kuumia fuusioreaktioiden luomiseksi. Plasma, jota usein kutsutaan aineen neljänneksi tilaksi, on ionisoitua kaasua joka on valmistettu atomien poistamisesta joistakin elektroneista. Fuusioreaktiot tuottavat 85 prosenttia auringon energiasta.

Tämän tyyppisen plasman luomiseen tarvittavan korkean lämmön taso tekee mahdottomaksi sisällyttää komponentit mihinkään tunnettuun materiaaliin. Plasma on kuitenkin hyvä sähkönjohtaja, joka mahdollistaa sen hallinnan, ohjaamisen ja nopeuttamisen magneettikentät. Tämä on perusta fuusiopohjaisen avaruusaluksen luomiselle, jonka NASA uskoo olevan saavutettavissa 25 vuoden kuluessa. Seuraavassa osiossa tarkastellaan kehityshankkeita.

Flying Fuusiossa

Fuusio-reaktiot vapauttavat valtavan määrän energiaa, mistä syystä tutkijat kehittävät tapoja hyödyntää kyseistä energiaa propulsiojärjestelmään. Fusion-powered avaruusalus voisi liikkua NASA: n aikataulun mukaisesti miehitetyllä Mars-tehtävällä. Tämäntyyppinen avaruusalus saattaisi lyhentää matka-aikaa Marsille yli 50 prosentilla, mikä vähentää haitallista säteilyaltistusta ja painottomuutta.

Fuusiopohjaisen avaruusaluksen rakentaminen olisi vastaava ajoneuvon kehittämisestä maan päällä, joka voi kulkea kahdesti nopeammin kuin mikä tahansa auto, ja sen polttoainetehokkuus on 7 000 mailia gallonaa kohden. Raketustutkimuksessa rakettimoottorin polttoainetehokkuutta mitataan sen avulla spesifinen impulssi. Erityinen impulssi viittaa työntöyksikköihin ajan kuluttua polttoaineen kulutusyksiköiden osalta.

Fuusiovoimalla voisi olla spesifinen impulssi noin 300 kertaa suurempi kuin perinteiset kemialliset rakettimoottorit. Tyypillisellä kemiallisella rakettimoottorilla on noin 450 sekunnin spesifinen impulssi, mikä tarkoittaa, että moottori voi tuottaa 1 kiloa työntövoimaa 1 kiloa polttoainetta 450 sekunnin ajan. Fuusioraketin arvioitu spesifinen impulssi voi olla 130 000 sekuntia. Lisäksi fuusiota käyttävät raketit käyttäisivät vety kuten ponnekaasina, mikä tarkoittaa, että se kykenee täydentämään itseään, kun se kulkee avaruuteen. Vety on läsnä monien planeettojen ilmakehässä, joten kaikki avaruusalukset joutuvat tekemään sen, että se laskeutuu ilmakehään ja imeytyy johonkin vetyyn tankkaamaan itseään.

Fuusiota käyttävät raketit voisivat myös tarjota pidemmät työntövoima kuin kemialliset raketit, jotka polttavat polttoaineensa nopeasti. Uskotaan, että fuusio-voimansiirto mahdollistaa nopean matkan mihin tahansa aurinkokuntaamme ja mahdollistaa pyöreän matkan maapallosta Jupiteriin vain kahdessa vuodessa. Katsotaanpa kaksi NASA-fuusioprojektia.

Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket

VASIMR on itse asiassa plasman raketti, joka on fuusiopulssin edeltäjä. Mutta koska fuusiokäyttöinen raketti käyttää plasmaa, tutkijat oppivat paljon tällaisesta rakettista. VASIMR-moottori on varsin hämmästyttävä, koska se luo plasmaa erittäin kuumissa olosuhteissa ja kimmoaa sitten plasman työntövoima. VASIMR-moottorissa on kolme perusseosta.

  • Etukanava - Vetävän kaasun, tyypillisesti vety, ruiskutetaan tähän soluun ja ionisoidaan plasman muodostamiseksi.
  • Keskussolu - Tämä solu toimii vahvistimena, joka lämmittää plasmaa edelleen sähkömagneettisella energialla.Radioaaltoja käytetään plasmassa lisäämään energiaa, kuten mikroaaltouunin toiminta.
  • Aft solu - Magneettinen suutin muuttaa plasman energian suihkun pakokaasun nopeuteen. Magneettikenttä, jota käytetään karsimaan plasmaa, suojaa myös avaruusalusta, koska se pitää plasmaa koskematta avaruusaluksen kuoriin. Plasma todennäköisesti tuhoaa kaiken materiaalin, johon se joutui kosketuksiin. Suuttimen poistuvan plasman lämpötila on yhtä kuuma kuin 180 miljoonaa astetta Fahrenheit (100 miljoonaa astetta). Se on 25 000 kertaa kuumempi kuin kaasut, jotka on karkotettu avaruussukkulaitoksesta.

Marsin lähetysmatkalla VASIMR-moottori vauhdittaisi jatkuvasti matkan ensimmäisellä puoliskolla, kääntää sen suunta ja hidastuu loppupuolella. Muunneltavaa pakokaasun plasman raketta voitaisiin myös käyttää paikoittaessa satelliitteja maapallon kiertoradalla.

Kaasun dynaaminen peili fuusio-propulsio

Samanaikaisesti VASIMR: n kanssa kehitetty on kaasun dynaaminen peili (GDM) Fusion Propulsion järjestelmä. Tässä moottorissa pitkän magneettikentän kaltainen lanka, joka toimii sähkömagneettina, ympäröi tyhjökammiota, joka sisältää plasmaa. Plasmaa loukataan järjestelmän keskiosassa luoduilla magneettikentillä. Moottorin kummassakin päässä on peilimagneetteja, jotka estävät plasmaa pääsemästä pois moottorin päistä liian nopeasti. Tietenkin haluat, että osa plasmasta vuotaa tarjotakseen työntövoimaa.

Tyypillisesti plasma on epävakaa eikä helposti rajoitettu, mikä teki vaikeita varhaisia ​​kokeita peilikoneiden kanssa. Kaasun dynaaminen peili pystyy välttämään epävakaisuongelmia, koska se on rakennettu pitkällä ja ohuella tavalla, joten magneettikenttäviivat ovat suorat koko järjestelmässä. Epästabiiliutta ohjataan myös antamalla tietty määrä plasmaa vuotamaan ohi peilin kapea osa.

Vuonna 1998 NASA: n GDM Fusion Propulsion Experiment tuotti plasma plasman injektorijärjestelmän testin aikana, joka toimii samanlaisena kuin VASIMR: n eteenpäin suunnatulla solulla. Se injektoi kaasun GDM: hen ja lämmittää sen Elektroninen syklotroniresonanssilämmitys (ECRH), jonka mikroaaltoantenni aiheutti 2,45 gigahertsillä. Tällä hetkellä kokeilu on suunniteltu vahvistamaan GDM-konseptin toteutettavuus. Tutkijat työskentelevät myös monien täysikokoisten moottoreiden toiminnallisista ominaisuuksista.

Vaikka monet NASAn edistyksellisistä käyttövoimakonsepteista ovat vuosikymmeniä saavuttaneita, fuusiopotkiputken perustus on jo rakentumassa. Kun käytettävissä on muita tekniikoita Marsin tehtävän tekemiseksi, se voi olla fuusiokäyttöinen avaruusalus, joka ajaa meitä siellä. Vuoden 2000 puolivälissä Marsin matkat saattavat tulla rutiineiksi kuin matkat kansainväliseen avaruusasemaan.

Lisätietoa fuusiopotkusta ja muista kehittyneistä työnkulokäsitteistä saat seuraavilta sivuilta.


Video Täydentää: Fusion Propulsion for Exploration of the Solar System: Jason Cassibry at TEDxHuntsville.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com