211service.com
Rider en energistråle till rymden
Denna vecka på 45:e Joint Propulsion Conference and Exhibit i Denver kommer forskare, forskare och ingenjörer att diskutera de senaste framstegen inom framdrivningssystem för rymdfarkoster och kommersiella flygplan.
En tidig modell av en laserdriven lättfarkost.
Kredit: Rensselaer Polytechnic Institute
Ett ämne som undersöks är stråleenergiframdrivning - med hjälp av en energistråle riktad mot ett rymdskepp antingen för att värma upp dess drivmedel eller för att leverera elektricitet till dess motor. Genom att ta bort energikällan från själva raketen har strålenergiframdrivning potential att göra uppskjutande rymdfarkoster billigare och mer tillförlitliga.
I konventionell kemisk framdrivning lagras enorma mängder energi i en rakets bränsle, vilket utgör en betydande del av dess vikt. Dessutom värms kemiska system upp till temperaturer över smältpunkten för vissa material i själva raketen, säger Alexander Bruccoleri, en forskare vid flyg- och astronautikavdelningen vid MIT, som nyligen fick sin masterexamen från Space Propulsion Lab. Bruccoleri presenterade ett dokument vid konferensen den 3 augusti om ett jämförelsemått som han uppfann för att testa strålenergisystem.
Strålenergi skapades i slutet av 1970-talet av NASA Ames Research Center och California Institute of Technology. Tanken var att använda lasrar som värmeväxlare - ta energin och göra en het vätska som kan expandera ut ur munstycket, säger Bruccoleri. Nu utforskar forskare markbaserade lasersystem som värmer bränslen som väte till en temperatur som är lättare att hantera. Vätemolekylerna kan accelereras dubbelt så snabbt som vattenmolekyler med samma temperatur, vilket ger bättre avgashastighet - dragkraften du får för den hastighet med vilken du bränner drivmedlet, säger Bruccoleri. Att använda ljus som en extern strömkälla kan lindra vikten och massan av att ha ett system ombord, vilket ger utrymme för till exempel vetenskaplig nyttolast, och det ger mer framdrivningskraft.
Spel Myrabo , en docent i mekanik, rymd- och kärnteknik vid Rensselaer Polytechnic Institute i Troy, NY, säger att de senaste tre till fem åren har fört dessa system närmare verkligheten eftersom energistrålningsteknik som laserstrålar och millimetervåglängdssystem har sjunkit i kostnad . Myrabo, grundare av Lightcraft Technologies , har visat att man kan driva en liten lättfarkost 71 meter i luften genom att använda ljuspulser som värmer drivmedlet. Han har för närvarande ett femårigt anslag från det amerikanska flygvapnet för att utforska laserframdrivning för att skjuta upp satelliter till extremt låg kostnad och hög tillförlitlighet, och han genomför tester i Brasilien i samarbete med landets flygvapen.
Medan Myrabo säger att sådana system kan vara verklighet om 5 till 10 år, är andra skeptiska. Kevin Johnson, chef för rymdutforskning och framdrivning av rymdfarkoster på Lockheed Martin Space Systems i Denver, till exempel, uttrycker oro över risken för atmosfärisk interferens med strålen. Greg McAllister, en senior framdrivningsingenjör på Lockheed Martin, håller med och säger att en energikälla som är kraftfull nog att driva fram en raket också kan bränna upp den. (McAllister presenterar ett papper på konferensen om att testa pulsgaspropellerna som används för Mars Phoenix-uppdraget.)
Johnson säger att även om systemet skulle kunna generera tillräckligt med ström från en markbaserad station och minska kostnaderna, är det 20 plus år från att vara genomförbart.
En testflygning av en lättfarkost med ljuspulser utförd av Myrabo år 2000 vid White Sands Missile Range i New Mexico. Kredit: RPI