Helicon-reactor in bedrijf. Afbeelding tegoed: ESA Klik om te vergroten
ESA heeft het principe van een nieuwe ruimteschroef bevestigd die uiteindelijk veel meer stuwkracht kan geven dan de huidige elektrische voortstuwingstechnieken. Het concept is ingenieus, geïnspireerd door de noordelijke en zuidelijke aurorae, de gloed in de lucht die een verhoogde zonneactiviteit signaleert.
? In wezen exploiteert het concept een natuurlijk fenomeen dat we in de ruimte zien plaatsvinden? zegt Dr. Roger Walker van ESA's Advanced Concepts Team. 'Wanneer de zonnewind een? Plasma? van geëlektrificeerd gas dat vrijkomt door de zon, het magnetische veld van de aarde raakt, creëert het een grens bestaande uit twee plasmalagen. Elke laag heeft verschillende elektrische eigenschappen en dit kan sommige deeltjes van de zonnewind over de grens versnellen, waardoor ze in botsing komen met de atmosfeer van de aarde en het noorderlicht creëren. ”
In wezen is een dubbele plasmalaag het elektrostatische equivalent van een waterval. Net zoals watermoleculen energie opnemen als ze tussen de twee verschillende hoogtes vallen, nemen elektrisch geladen deeltjes energie op terwijl ze door de lagen van verschillende elektrische eigenschappen reizen.
Onderzoekers Christine Charles en Rod Boswell van de Australian National University in Canberra, creëerden in 2003 voor het eerst dubbele plasmalagen in hun laboratorium en realiseerden zich dat hun versnellende eigenschappen nieuwe stuwraketten voor ruimtevaartuigen mogelijk zouden kunnen maken. Dit leidde ertoe dat de groep een prototype ontwikkelde, de Helicon Double Layer Thruster.
De nieuwe ESA-studie, uitgevoerd als onderdeel van ESA's Ariadna academisch onderzoeksprogramma in samenwerking met Ecole Polytechnique, Parijs, bevestigt de Australische bevindingen door aan te tonen dat onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden de dubbellaag kan worden gevormd en stabiel blijft, waardoor de constante versnelling mogelijk wordt geladen deeltjes in een straal. De studie bevestigde ook dat met verschillende drijfgasmengsels stabiele dubbele lagen kunnen worden gecreëerd.
? De samenwerking was absoluut uitstekend ,? zegt Dr. Pascal Chabert, van Laboratoire de Physique et Technologie des Plasmas, Ecole Polytechnique. ? Het was een echte kick-off voor mij en heeft me veel nieuwe ideeën gegeven voor plasma-voortstuwingsconcepten om te onderzoeken met het Advanced Concepts Team. De nieuwe richting voor ons laboratorium had geleid tot een patent op een veelbelovend nieuw elektrisch voortstuwingsapparaat, de Electronegative Plasma Thruster.?
Om de dubbele laag te creëren, creëerden Chabert en collega's een holle buis waaromheen een radioantenne was gewikkeld. Argongas werd continu in de buis gepompt en de antenne zond helicoïdale radiogolven van 13 megahertz uit. Dit ioniseerde het argon en creëerde een plasma. Een divergerend magnetisch veld aan het einde van de buis dwong het plasma vervolgens de buis te verlaten om uit te zetten. Hierdoor konden twee verschillende plasma's worden gevormd, stroomopwaarts in de buis en stroomafwaarts, en zo werd de dubbele laag aan hun grens gecreëerd. Dit versnelde verder argonplasma uit de buis tot een supersonische straal, waardoor stuwkracht ontstond.
Berekeningen suggereren dat een helicon dubbellaagse boegschroef iets meer ruimte zou innemen dan de belangrijkste elektrische boegschroef op ESA's SMART-1-missie, maar dat deze mogelijk vele malen meer stuwkracht zou kunnen leveren bij hogere vermogens tot 100 kW, terwijl een vergelijkbare brandstofefficiëntie.
In de volgende stappen zal ESA nu een gedetailleerde computersimulatie van het plasma in en rond de boegschroef bouwen en de laboratoriumresultaten gebruiken om de nauwkeurigheid ervan te verifiëren, zodat de prestaties in de ruimte volledig kunnen worden beoordeeld en grotere krachtige experimentele stuwraketten kunnen worden onderzocht in de toekomst.
Oorspronkelijke bron: ESA Portal
