Fuusiovoima on tekniikka, joka on kolmenkymmenen vuoden päässä ja tulee aina olemaan – ainakin skeptikkojen mukaan. Huolimatta vaikeasta siirtymisestä luotettavaksi voimanlähteeksi, aurinkoa saavilla ydinreaktioilla on monia käyttötarkoituksia muilla aloilla. Ilmeisin on aseissa, missä vetypommeja ovat tähän päivään asti tehokkaimpia koskaan valmistamiamme aseita. Mutta on toinenkin käyttötapa, joka on paljon vähemmän tuhoisa ja voisi osoittautua paljon mielenkiintoisemmaksi – avaruusasemat.
Konseptifuusiokäyttö, jota kutsutaan suoraksi fuusiokäytöksi (tai DFD ) on kehitteillä Princetonin plasmafysiikan laboratoriossa ( PPPL ). Siellä oli tutkijoita ja insinöörejä johdolla Tri Samuel Cohen , työskentelevät parhaillaan sen toisella iteraatiolla, joka tunnetaan nimellä Princetonin kenttä käänteinen konfiguraatio-2 ( PFRC-2 ). Lopulta järjestelmän kehittäjät toivovat voivansa laukaista sen avaruuteen testaamaan, ja lopulta siitä tulee aurinkokunnassamme kulkevien avaruusalusten ensisijainen käyttöjärjestelmä. Ulkoisessa aurinkokunnassa on jo yksi erityisen mielenkiintoinen kohde, joka on monella tapaa samanlainen kuin Maa - Titan . Sen nestekierto ja mahdollisuudet säilyttää elämää ovat kiehtoneet tutkijoita siitä lähtien, kun he alkoivat kerätä siitä tietoja. Ja jos käyttäisimme DFD:tä oikein, voisimme lähettää luotain sinne hieman alle kahdessa vuodessa New Yorkin fysiikan osaston ilmailualan insinööriryhmän tekemän tutkimuksen mukaan. Teknillinen korkeakoulu professorin johdolla Roman Kezerashvili ja siihen liittyi kaksi kaveria Torinon ammattikorkeakoulu Italiassa - Paolo Aime ja Marco Gajeri.
Tiimi osallistui optimaalisten DFD-lentokoneiden johtamiseen. Vasemmalta oikealle: Marco Gajeri, tohtori Samuel Cohen, Paolo Aime, prof. Roman Kezerashvili, PPPL.
Luotto: Prof. Roman Kezerashvili
Vaikka moottori on vielä kehitteillä, se hyödyntää monia aneutronisen fuusion etuja, joista merkittävin on erittäin korkea teho-painosuhde. DFD-käytön polttoaineen massa voi vaihdella hieman ja sisältää deuterium ja a helium-3 isotooppi. Jopa suhteellisen pienillä määrillä erittäin tehokasta polttoainetta DFD voi ylittää nykypäivän yleisesti käytetyt kemialliset tai sähköiset propulsiomenetelmät. The spesifinen impulssi Järjestelmästä, joka mittaa, kuinka tehokkaasti moottori käyttää polttoainetta, arvioidaan olevan verrattavissa sähkömoottoreihin, jotka ovat tällä hetkellä tehokkain saatavilla. Lisäksi DFD-moottori antaisi 4-5 N tehoa työntövoima pienitehoisessa tilassa vain hieman vähemmän kuin mitä kemiallinen raketti tuottaisi pitkiä aikoja. Pohjimmiltaan DFD ottaa vastaan sähköisten propulsiojärjestelmien erinomaisen ominaisimpulssin ja yhdistää sen kemiallisten rakettien erinomaiseen työntövoimaan yhdistelmäksi, joka yhdistää molempien lentojärjestelmien parhaat puolet.
Princeton Satellite Systemsin video, joka kuvaa DFD:n teknistä toimintaa.
Luotto: Princeton Satellite Systemsin Youtube-kanava
Kaikki nämä parannetut tekniset tiedot ovat mahtavia, mutta ollakseen hyödyllisiä niiden on todella hankittava avaruusalus jonnekin. Lehden kirjoittajat valitsivat Titanin suurelta osin siksi, että se on suhteellisen kaukana, mutta myös erittäin mielenkiintoinen sen vuoksi. nestekiertoja ja runsaasti orgaanisia molekyylejä . Karttaakseen parhaan reitin Saturnuksen suurimpaan kuuhun italialainen tiimi teki yhteistyötä DFD:n kehittäjien kanssa PPPL:ssä ja sai pääsyn testimoottorin suorituskykytietoihin. Sitten he ottivat lisätietoa planeettojen kohdistamisesta ja alkoivat työskennellä joidenkin kiertoradan mekaniikan parissa. Tämä johti kahteen eri potentiaaliseen reittiin, joista toinen, jossa jatkuvaa työntövoimaa käytettiin vain matkan alussa ja lopussa (kutsutaan työntövoiman ja rannikon työntövoiman - TCT -profiiliksi) ja toisen, jossa työntövoima oli vakio koko matkan ajan. matka.
UT:n näkemys siitä, miksi on tärkeää tutkia Titania.
Molemmat matkat sisälsivät työntövoiman suunnan vaihtamisen avaruusaluksen hidastamiseksi päästäkseen Saturnuksen järjestelmään. Vakiotyöntövoiman tarjoaminen tekisi matkan hieman alle 2 vuoteen, kun taas TCT-profiili johtaisi matkan kokonaiskestoon 2,6 vuotta paljon suuremmalle avaruusalukselle Cassini . Molemmat polut eivät vaadi painovoima-avustuksia, joista ulkoplaneetoille matkustavat avaruusalukset ovat säännöllisesti hyötyneet. Cassini, viimeinen kuuluisa Saturnuksen järjestelmässä vieraileva tehtävä, käytti sarjaa painovoima-avustuksia Venuksen ja Maan välillä päästäkseen määränpäähänsä, matka, joka kesti lähes 7 vuotta. Eräs tärkeä huomioitava asia, sanoo paperin vastaava kirjoittaja Marco Gajeri, että ikkuna, joka tekee näistä lyhyistä matkoista tehokkaimpia, avautuu vuoden 2046 tienoilla. Vaikka ei aivan 30 vuoden kuluttua, se antaa PPPL:n tiimille paljon enemmän aikaa parantaa nykyistä malliaan.
Muita haasteita syntyy kuitenkin, kun DFD:llä varustettu luotain saavuttaa Saturnuksen järjestelmän. Aurinkokunnan toiseksi suurimman planeetan ympäri kiertäminen on suhteellisen helppoa. Radan siirtäminen sen suurimpaan kuuhun on paljon vaikeampaa. Tämän ongelman ratkaiseminen vaatii puuttumista kolmen kehon ongelma , tunnetusti vaikea kiertoradan mekaniikkaongelma, joka sisältää kolmen eri kiertoradan (eli avaruusaluksen, Saturnuksen ja Titanin) kiertoradan ratkaisemisen.
Kuva PFRC-2 DFD -asemasta työssä.
Luotto: Wikipedian käyttäjä Cswancmu / PPPL
Kun kaikki kiertoradan mekaniikka on poissa tieltä ja avaruusalus on turvallisesti Titanin kiertoradalla, se voi alkaa hyödyntää toista DFD:n etua – se voi tarjota suoraa virtaa avaruusaluksen järjestelmille. Useimmat ulomman aurinkokunnan tehtävät perustuvat radioisotooppilämpögeneraattoreihin ( RTG:t ) virtalähteeseensä. Mutta DFD on itse asiassa virtalähde sen lisäksi, että se on työntövoiman lähde. Oikein suunniteltuna se voisi tarjota kaiken tehon, jota seisova avaruusalus tarvitsee pidennettyäkseen tehtävän käyttöiän.
Tämä pidennetty tehtävän käyttöikä tarkoittaa, että DFD voi olla hyödyllinen monenlaisissa tehtävissä. Titan-lentomatkaa tutkineet kirjoittajat tarkastelivat myös potentiaalia lennolle Trans-Neptuian esineisiin, joissa on toistaiseksi vieraillut vain New Horizons, joka kesti 9 vuotta päästä Plutoon. Sanomattakin on selvää, että DFD lyhentäisi huomattavasti matkaan tarvittavaa aikaa. Ja jos se sattuu olemaan toiminnassa seuraavan 30 vuoden aikana, se voi alkaa toimia kaikenlaisten uusien tutkimustehtävien liikkeellepanevana voimana.
Lisätietoja:
arXiv: Titan-tehtävä käyttäen Direct Fusion Drivea
Marco Gajeri - MS-tutkielma - Liikeradan suunnittelu Titan-tehtävälle käyttämällä Direct Fusion Drivea
ITER - On fuusio, matkustaa
Seuraava suuri tulevaisuus - Megawattiluokan suora fuusioasema 25X Internet-palveluntarjoajalle ja 3 kertaa nopeammin Plutoon
Feature Image Credit: Taiteilijakonsepti Direct Fusion Drivesta. Luotto: Princeton Satellite Systems