Onderzoekers van de European Space Agency testen wat zij omschrijven als de kleinste, maar meest nauwkeurig bestuurbare motor die ooit voor de ruimte is gebouwd. Met een diameter van 10 centimeter (4 inch) en een vage blauwe gloed terwijl hij loopt, produceert de Field Emission Electric Propulsion of FEEP-motor een gemiddelde stuwkracht die gelijk is aan de kracht van één vallend haar. Maar het stuwkrachtbereik en de bestuurbaarheid zijn veel beter dan krachtigere stuwraketten en zullen belangrijk zijn voor een toekomstige ruimtemissie die de algemene relativiteitstheorie van Einstein zal testen.
"De meeste aandrijfsystemen worden gebruikt om een voertuig van A naar B te brengen", legt Davide Nicolini van de afdeling Wetenschappelijke Projecten van het bureau uit, die verantwoordelijk is voor het motoronderzoek. "Maar met FEEP is het doel om een ruimtevaartuig in een vaste positie te houden, waarbij zelfs de kleinste krachten die het verstoren worden gecompenseerd, met een nauwkeurigheid die geen enkel ander motorontwerp kan evenaren."
Kijken hoe objecten zich gedragen wanneer ze worden gescheiden van alle invloeden van buitenaf, is een lange ambitie van natuurkundigen, maar het kan niet worden gedaan binnen het zwaartekrachtveld van de aarde. Dus een missie van het volgende decennium, de LISA Pathfinder (Laser Interferometer Space Antenna) genaamd, zal 1,5 miljoen km (900.000 mijl) vliegen naar een van de Lagrangiaanse punten, L-1. Daar heffen de zwaartekracht van de zon en de aarde elkaar op, zodat het gedrag van een paar vrij zwevende testobjecten nauwkeurig kan worden gevolgd.
Maar om het experiment volledig los te koppelen van de rest van het heelal, zullen er nog enkele per-turbaties overblijven, met name de lichte maar voortdurende druk van zonlicht zelf. Dat is waar FEEP binnenkomt. Het werkt volgens hetzelfde basisprincipe als andere ionenmotoren die aan boord van ESA's SMART-1 Moon-missie en ander ruimtevaartuig worden gevlogen: de toepassing van een elektrisch veld dient om elektrisch geladen atomen (bekend als ionen) te versnellen en stuwkracht te produceren .
Maar terwijl de stuwkracht van andere ionenmotoren wordt gemeten in millinewton, wordt de prestatie van FEEP beoordeeld in termen van micronewton - een eenheid die duizend keer kleiner is. De motor heeft een stuwkrachtbereik van 0,1 - 150 micronewton, met een resolutievermogen beter dan 0,1 micronewton in een tijdrespons van een vijfde van een seconde (190 milliseconden) of beter.
De motor gebruikt vloeibaar metaalcesium als drijfgas. Door capillaire werking - een fenomeen dat verband houdt met oppervlaktespanning - stroomt cesium tussen een paar metalen oppervlakken die eindigen in een vlijmscherpe spleet. Het cesium blijft bij de mond van de spleet totdat er een elektrisch veld wordt opgewekt. Dit veroorzaakt kleine kegeltjes in het vloeibare metaal die geladen atomen hebben die uit hun uiteinden schieten om stuwkracht te creëren.
Twaalf stuwraketten worden gebruikt voor de LISA Pathfinder. In samenwerking met een ander door NASA ontworpen voortstuwingssysteem moeten de stuwraketten de richtingscontrole ten minste 100 keer nauwkeuriger opleveren dan enig ander ruimtevaartuig; tot een miljoenste millimeter.
Bij LISA zijn drie satellieten betrokken met een onderlinge afstand van maximaal vijf miljoen km (3 miljoen mijl) en verbonden door lasers die in een baan om de zon draaien. Het doel is om rimpelingen in ruimte en tijd te detecteren die bekend staan als zwaartekrachtsgolven, voorspeld door Einsteins algemene relativiteitstheorie, maar tot nu toe onopgemerkt. De golven zouden kleine variaties veroorzaken in de afstand tussen de satellieten.
De motor is vorige maand getest en zodra de tests zijn geanalyseerd en het concept is bewezen, is de FEEP-technologie bestemd voor een breed scala aan andere missies, waaronder precisievorming voor astronomie, aardobservatie en sleepvrije satellieten voor het in kaart brengen van variaties. in de zwaartekracht van de aarde.
Bron: ESA
