خبر

  • تک بورد - رانشگر پلاسما جدید مبتنی بر ید در مدار آزمایش شد

    رانشگر پلاسما جدید مبتنی بر ید در مدار آزمایش شد
    9 روز و 12 ساعت قبل

    ید نیاز به مخزن سوخت را از بین می برد، زیرا می توان آن را به صورت جامد ذخیره کرد.
    بیشتر مردم احتمالاً از طریق نقش آن به عنوان یک ضدعفونی کننده با ید آشنا هستند. اما اگر تا پایان شیمی دبیرستان بیدار ماندید، ممکن است تظاهراتی را دیده باشید که در آن پودر ید گرم شده است. از آنجایی که نقطه ذوب و جوش آن در فشارهای اتمسفر بسیار نزدیک به هم هستند، ید هنگام گرم شدن به آسانی یک گاز ارغوانی تشکیل می دهد.

    همانطور که مشخص است، این می تواند آن را به سوختی عالی برای نوعی سخت افزار پیشران فضاپیما بسیار کارآمد به نام رانشگرهای یونی تبدیل کند. در حالی که برای مدتی به عنوان یک نامزد امیدوار کننده در نظر گرفته می شد، یک شرکت تجاری به نام ThrustMe اکنون گزارش می دهد که برای اولین بار یک رانشگر یونی با انرژی ید را در فضا به نمایش گذاشته است.

    قدرت یون

    موشک‌ها بر واکنش‌های شیمیایی تکیه می‌کنند تا توده بزرگی از مواد را در سریع‌ترین زمان ممکن بیرون برانند، و به آنها اجازه می‌دهد نیروی رانش کافی برای بلند کردن چیزی به فضا ایجاد کنند. اما این کارآمدترین راه برای ایجاد نیروی رانش نیست - ما در نهایت به کارایی معامله می‌پردازیم تا بتوانیم بیرون راندن سریع مورد نیاز برای غلبه بر گرانش را بدست آوریم. به محض ورود به فضا، این نیاز به سرعت از بین می رود. ما می‌توانیم از وسایل کارآمدتری برای بیرون راندن مواد استفاده کنیم، زیرا سرعت پایین‌تری از شتاب برای جابه‌جایی اشیا بین مدارهای مختلف قابل قبول است.

    محقق بازده فعلی، رانشگر یونی است که اکنون در تعدادی از مدارها استفاده شده است. فضاپیما با استفاده از الکتریسیته (معمولاً توسط پانل های خورشیدی تولید می شود) برای جدا کردن یک الکترون از یک اتم خنثی و ایجاد یون عمل می کند. سپس یک شبکه برق دار از فعل و انفعالات الکترومغناطیسی برای بیرون راندن آنها از فضاپیما با سرعت بالا استفاده می کند و نیروی رانش ایجاد می کند. یون‌ها در نهایت با سرعت‌هایی خارج می‌شوند که می‌تواند مرتبه‌ای بالاتر از یک پیشران شیمیایی باشد.

    تبلیغات

    فقط مقدار نسبتاً کمی از مواد را می‌توان به یکباره شتاب داد، بنابراین نمی‌تواند تولید کند. هر چیزی که نزدیک به میزان رانش تولید شده توسط یک موشک شیمیایی باشد. اما از مواد بسیار کمتری برای تولید همان مقدار رانش استفاده می کند و با توجه به زمان کافی، به راحتی می تواند شتابی معادل ایجاد کند. به عبارت دیگر، اگر بتوانید در مورد شتاب خود صبور باشید، یک موتور یونی می تواند مقداری معادل را به شکلی انجام دهد که از جرم کمتر و فضای کمتری استفاده کند. و اینها دو ملاحظات بسیار مهم در فضاپیما هستند.

    برای انجام این کار بر روی بودجه انرژی فضاپیما، ماده ای است که می تواند بدون نیاز به انرژی زیاد یونیزه شود. در حال حاضر، ماده انتخابی زنون است، گازی که به راحتی یونیزه می شود و در چندین ردیف پایین جدول تناوبی قرار دارد، به این معنی که هر یون آن نسبتا سنگین است. اما زنون معایب خود را دارد. این نسبتاً نادر است (در جو ما فقط یک قسمت در هر 10 میلیون است) و باید در ظروف فشار بالا ذخیره شود، که برخی از کاهش وزن را از بین می برد.

    ید را وارد کنید

    به نظر می رسد ید یک جایگزین ایده آل است. این دقیقاً در کنار زنون در جدول تناوبی قرار دارد و معمولاً به عنوان یک مولکول متشکل از دو اتم ید وجود دارد، بنابراین این پتانسیل را دارد که به ازای هر ماده خارج شده نیروی رانش بیشتری تولید کند. یونیزه کردن آن حتی از زنون آسان تر است و 10 درصد انرژی کمتری برای از دست دادن یک الکترون مصرف می کند. و برخلاف زنون، خوشبختانه به صورت جامد تحت شرایط مربوطه وجود دارد و ذخیره سازی را بسیار ساده تر می کند. فقط کمی گرمایش آن را به گاز مورد نیاز برای کارکرد موتور یونی تبدیل می‌کند.

    عیب بزرگ این است که خورنده است، که ThrustMe را مجبور کرد برای بیشتر موادی که وارد می‌شود از سرامیک استفاده کند. تماس با.

    طراحی رانشگر شامل یک مخزن سوخت پر از ید جامد بود که می‌توان آن را با بخاری‌های مقاومتی که توسط پنل‌های خورشیدی کار می‌کردند گرم کرد. خود ید درون یک ماده متخلخل اکسید آلومینیوم قرار داشت که از تکه تکه شدن آن در اثر ارتعاشاتی که در حین پرتاب تجربه می کرد جلوگیری می کرد (اکسید آلومینیوم 95 درصد فضای باز است، بنابراین مقدار زیادی از ذخیره سوخت را کم نمی کرد). مخزن از طریق یک لوله کوچک به یک محفظه یونیزاسیون متصل می شود. هنگامی که سیستم پس از استفاده خنک شد، ید کافی در این لوله جامد می‌شود تا سوخت را از دنیای خارج ببندد.

    تبلیغات

    هنگامی که در محفظه یونیزاسیون قرار می‌گیرد، گاز ید با الکترون بمباران می‌شود که ضربه می‌زند. الکترون های دیگر خاموش می شوند و پلاسما ایجاد می کنند. سپس شبکه الکتریکی مجاور یون های مثبت این پلاسما را شتاب داد و نیروی رانش ایجاد کرد. الکترون‌ها از پلاسما استخراج شده و به پرتو یون تزریق می‌شوند تا همه چیز از نظر الکتریکی خنثی بماند. استخراج‌کننده‌های حرارتی به قطعات الکترونیکی و دیواره‌های لوله ید متصل می‌شوند و گرما در سوخت ید به گردش در می‌آید. رانشگر در حال شلیک بود. این امر قدرت مورد نیاز برای تبخیر ید را به یک وات تنها پس از رسیدن رانشگر به حالت ثابت نگه می‌دارد.

    کل تنظیمات فوق‌العاده فشرده بود و تقریباً به اندازه یک 10 سانتی‌متر مربع فضایی را اشغال می‌کرد. مکعب بود و تنها 1.2 کیلوگرم وزن داشت. و بر اساس برخی معیارها، 50 درصد بهتر از رانشگر مبتنی بر زنون عمل کرد.

    نمونه نمایشی مبتنی بر فضایی

    سخت افزار کاری بر روی یک cubesat 12 واحدی با وزن حدود 20 کیلوگرم به نام پرواز شد. بیهانگ کونگشی-1. و در طول دو سال گذشته یا بیشتر، پیشران چندین بار برای کنترل حرکت ماهواره برای جلوگیری از برخورد احتمالی استفاده شده است. ردیابی ماهواره‌ای و پایش رانشگر روی برد نشان می‌دهد که رانش مبتنی بر ید به همان خوبی که در طول آزمایش بر روی زمین کار می‌کرد، کار می‌کرد.

    این مهم است که تکرار کنیم که میزان رانش واقعی بسیار ناچیز است - حدود 0.8 میلی‌نیوتن در حالی که در حال بهره برداری است. اما رانشگر به راحتی می‌توانست آن را برای بیش از یک ساعت حفظ کند و نیروی رانش کافی برای حرکت آن به مداری چند صد متری بالاتر را فراهم کند. بنابراین، در حالی که هرگز نمی تواند چیزی را در مدار قرار دهد، سخت افزار ThrustMe قطعاً می تواند چیزها را به خوبی در مدار حرکت دهد.

    محدودیت بزرگ دوباره سرعت است. فقط به آرامی حرکت می کند و حدود 10 دقیقه طول می کشد تا ید به اندازه کافی گرم شود تا رانشگر شروع به کار کند. اگر یک مانور اضطراری لازم بود، این کار را قطع نمی کرد. اما، با فرض اینکه هیچ کس ماهواره ای را در مجاورت شما منفجر نمی کند، بیشتر خطرات برای ماهواره ها را می توان از قبل شناسایی کرد.

    Nature، 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-04015-y  (درباره DOIs ).





خبرهای دیگر از علوم پایه