Met behulp van traditionele chemische raketten duurt een reis naar Mars - op zijn best - 6 maanden. De Ad Astra Rocket Company testte een plasmaraket genaamd de VASIMR VX-200-motor, die in een vacuümkamer op 201 kilowatt liep en de 200 kilowatt-grens voor het eerst passeerde. "Het is momenteel de krachtigste plasmaraket ter wereld", zegt Franklin Chang-Diaz, voormalig NASA-astronaut en CEO van Ad Astra. Het bedrijf heeft ook een overeenkomst getekend met NASA om in 2013 een VASIMR-motor van 200 kilowatt te testen op het internationale ruimtestation ISS.
De tests op het ISS zouden het ruimtestation periodiek een boost geven, die geleidelijk in hoogte daalt als gevolg van atmosferische weerstand. ISS-boosts worden momenteel geleverd door ruimtevaartuigen met conventionele stuwraketten, die ongeveer 7,5 ton drijfgas per jaar verbruiken. Door dit bedrag terug te brengen tot 0,3 ton, schat Chang-Diaz dat VASIMR NASA miljoenen dollars per jaar kan besparen.
De test van vorige week was de eerste keer dat een kleinschalig prototype van de VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) raketmotor van het bedrijf op volle kracht werd gedemonstreerd.
Plasma- of ionenmotoren gebruiken radiogolven om gassen zoals waterstof, argon en neon te verhitten, waardoor heet plasma ontstaat. Magnetische velden dwingen het geladen plasma uit de achterkant van de motor en produceren stuwkracht in de tegenovergestelde richting.
Ze geven op een gegeven moment veel minder stuwkracht dan chemische raketten, wat betekent dat ze niet zelfstandig uit de zwaartekracht van de aarde kunnen breken. Bovendien werken ionenmotoren alleen in een vacuüm. Maar eenmaal in de ruimte kunnen ze jarenlang een voortdurende duw geven, zoals wind die een zeilboot duwt en geleidelijk versnelt totdat het voertuig sneller beweegt dan chemische raketten. Ze produceren slechts een pond stuwkracht, maar in de ruimte is dat genoeg om 2 ton vracht te verplaatsen.
Door de hoge snelheid die mogelijk is, is er minder brandstof nodig dan bij conventionele motoren.
Momenteel maakt het ruimtevaartuig Dawn, op weg naar de asteroïden Ceres en Vesta, gebruik van ionenvoortstuwing, waardoor het Vesta in een baan kan ronddraaien en vervolgens naar Ceres kan vertrekken. Dit is niet mogelijk met conventionele raketten. Bovendien hebben ionenmotoren in de ruimte een snelheid die tien keer zo hoog is als die van chemische raketten.
Raketstuwkracht wordt gemeten in Newton (1 Newton is ongeveer 1/4 pond). Specifieke impuls is een manier om de efficiëntie van raketmotoren te beschrijven en wordt gemeten in tijd (seconden). Het vertegenwoordigt de impuls (verandering in momentum) per eenheid drijfgas. Hoe hoger de specifieke impuls, hoe minder stuwstof er nodig is om een bepaalde hoeveelheid vaart te krijgen.
De motoren van Dawn hebben een specifieke impuls van 3100 seconden en een stuwkracht van 90 mNewton. Een chemische raket op een ruimtevaartuig kan een stuwkracht hebben van maximaal 500 Newton en een specifieke impuls van minder dan 1000 seconden.
De VASIMR heeft 4 Newton stuwkracht (0,9 pond) met een specifieke impuls van ongeveer 6.000 seconden.
De VASIMR heeft nog twee andere belangrijke kenmerken die hem onderscheiden van andere plasma-voortstuwingssystemen. Het heeft de mogelijkheid om de uitlaatparameters (stuwkracht en specifieke impuls) te variëren om optimaal te voldoen aan de missie-eisen. Dit resulteert in de laagste reistijd met het hoogste laadvermogen voor een bepaalde brandstofbelasting.
Bovendien heeft VASIMR geen fysieke elektroden die in contact komen met het plasma, wat de levensduur van de motor verlengt en een hogere vermogensdichtheid mogelijk maakt dan bij andere ontwerpen.
Om in 39 dagen een reis naar Mars te maken, zou een 10- tot 20-megawatt VASIMR-motorionenmotor moeten worden gekoppeld aan kernenergie om de menselijke transittijden tussen planeten drastisch te verkorten. Hoe korter de reis, hoe minder tijd astronauten worden blootgesteld aan ruimtestraling en een omgeving met microzwaartekracht, die beide belangrijke hindernissen zijn voor Mars-missies.
De motor zou werken door continu te schieten tijdens de eerste helft van de vlucht om te versnellen en vervolgens te draaien om het ruimtevaartuig voor de tweede helft te vertragen. Bovendien zou VASIMR een abortus naar de aarde kunnen toestaan als zich tijdens de vroege fasen van de missie problemen zouden voordoen, een mogelijkheid die niet beschikbaar is voor conventionele motoren.
VASIMR zou ook kunnen worden aangepast om de hoge ladingen van robotmissies aan te kunnen, en vrachtmissies voort te stuwen met een zeer grote massa massa. Rittijden en nuttige massa zijn belangrijke beperkingen van conventionele en nucleaire thermische raketten vanwege hun inherent lage specifieke impuls.
Chang-Diaz werkt sinds 1979 aan de ontwikkeling van het VASIMR-concept, voordat hij in 2005 Ad Astra oprichtte om het project verder te ontwikkelen.
Bron: PhysOrg
