Rakieta z napędem plazmowym. As w rękawie naukowców planujących eksplorację głębokiej przestrzeni kosmicznej

Naukowcy z Princeton Plasma Physics Laboratory stworzyli zmodyfikowaną wersję plazmowego systemu napędowego. Dzięki niemu żywotność rakiet rośnie – podobnie jak moc, jaką dysponują.

Tzw. silnik Halla zostały zaprezentowany światu w 1999 roku i od tamtej pory stanowił przedmiot badań w ramach eksperymentu HTX (Hall Thruster Experiment). Urządzenia te były również testowane między innymi w Korei Południowej, Japonii, Chinach, Singapurze i krajach Unii Europejskiej.

Czytaj też: W stronę Oumuamua poleci sonda. Jedna z teorii zakłada, że to statek pozaziemskiej cywilizacji

W najnowszej wersji silnika naukowcy związani z tym projektem postanowili zastosować innowację w postaci elektrody segmentowej, która zmniejsza rozrzut emitowanej wiązki i pomaga zintensyfikować ciąg. Silnik Halla funkcjonuje dzięki zjawisku nazwanym od tego samego naukowca, Edwina Halla. Odkrył on, że w przewodniku, przez który przepływa prąd elektryczny występuje różnica potencjałów jeśli przewodnik ten znajdzie się poprzecznym polu magnetycznym względem płynącego prądu.

Silnik oparty na tym zjawisku wykorzystuje natomiast jony gazu przyspieszane polem elektrycznym. Cylindryczne silniki Halla zostały stworzone przez Jewgienija Raitsesa i Nata Fischa, a sam patent z wykorzystaniem elektrod segmentowych nie jest szczególnie nowy i był przez nich wykorzystywany do kontroli przepływu plazmy w konwencjonalnych pierścieniowych silnikach Halla.

Rakieta z napędem plazmowym powinna zrewolucjonizować podróże kosmiczne

Tym razem, dzięki wysiłkom zespołu zarządzanego przez Jacoba Simmondsa z Uniwersytetu Princeton, nowy prototyp jest znacznie silniejszy i ma większy wpływ na ogólne działanie oraz wydajność. Szczegóły w tej sprawie zaprezentowano na łamach Applied Physics Letters. Jak wyjaśnia główny autor, dotychczas testowane bezścienne silniki Halla cechują się wystrzeliwaniem plazmy pod szerokim kątem, co w niewielkim stopniu przyczynia się do zwiększenia siły ciągu rakiety.

W związku z tym trzeba było znaleźć nowe rozwiązanie, dzięki któremu możliwe będzie zwiększenie ciągu, wydajności oraz sprawienie, iż taki napęd znajdzie zastosowanie w przypadku statków kosmicznych. Mówi się w tym kontekście przede wszystkim o napędzaniu satelitów znanych jako CubeSats.

Czytaj też: Kolejny test polskiej trójstopniowej rakiety suborbitalnej zakończony

Jak działa proponowane podejście? Elektroda segmentowa kieruje część prądu elektrycznego z dala od wysokonapięciowej elektrody standardowej silnika, nadając kształt plazmie i skupiając jej wiązkę. Jest to możliwe dzięki zmianie kierunków działania sił w plazmie, zwłaszcza tych działających na zjonizowaną plazmę ksenonową. Jonizacja przekształciła gazowy ksenon w swobodne elektrony i jądra atomowe, czyli jony. Dzięki temu udało się zwiększyć gęstość siły ciągu, kształtując większą jej ilość w mniejszej objętości, co jest kluczowym celem w przypadku silników Halla.