Uzlabotas piedziņas sasniegumi ir tuvu. Kosmosa kuģi gadiem ilgi ir iestrēguši ar lēnu ķīmisko raķešu ātrumu un gadu desmitiem ar vāju jonu piedziņu. Tomēr ir iespējams ātrums, kas pārsniedz vienu miljonu jūdžu stundā pirms 2050. gada. Ir pārsteidzoši jauni jauninājumi ar tehniski īstenojamiem projektiem.
NASA Advanced Concepts Institute (NIAC) finansē divas liela potenciāla koncepcijas. Jaunajiem jonu diskdziņiem varētu būt desmit reizes labāki ISP un jaudas līmeņi desmit tūkstošus reižu augstāki. Tiek izstrādāti antimateriālu piedziņas un vairāku megavatu jonu piedziņas.
To ir rakstījis Braiens Vans no Nextbigfuture. Braiens rakstīs regulārus viesrakstus izdevumam Universe Today.
Vilces spēks un ātrums kosmosā
Kādi ir ātrākie kosmosa kuģi, ko esam izveidojuši?
Kosmosa kuģis Voyager 1 pārvietojas ar ātrumu 38 000 jūdzes stundā (61 000 km/h). Tas galvenokārt tika panākts ar ķīmisko raķeti, bet arī ar gravitācijas katapulti. Kosmosa kuģi Juno, Helios I un Helios II sasniedza ātrumu 150 000 jūdzes stundā, izmantojot gravitācijas pastiprinājumu. Nesen palaistā Parker Solar Probe, izmantojot Saules gravitāciju, sasniegs 430 000 jūdzes stundā.
Gravitācijas paātrinājums var vairākas reizes palielināt kosmosa kuģa ātrumu. Tomēr, izmantojot Jupitera un Saules gravitāciju, lai iegūtu lielāku ātrumu, tiek tērēts daudz laika. Kosmosa kuģim ir vajadzīgi daudzi mēneši, lai apbrauktu Sauli un iegūtu ātrumu pirms īstās misijas.
Labākie ķīmisko raķešu ātrumi un laiki
Degvielas uzpilde lielai raķetei, piemēram, SpaceX BFR, var radīt pārsteidzoši labus ceļojuma laikus uz Marsu.
Vairākas SpaceX BFR orbitālās degvielas uzpildes augstā orbītā var palielināt BFR ātrumu. Pilnībā darbināms SpaceX BFR saīsinātu vienvirziena braucienu uz Marsu līdz 40 dienām. Hohmana pārneses vietā tiktu izmantota paraboliskā orbīta.
Kosmosa misijas uz Marsu ir bijuši nelieli kosmosa kuģi. Visa misija tika uzsākta no Zemes. Tas nozīmē, ka lielākā daļa degvielas tika izmantota, lai noņemtu sistēmu no Zemes. Pēdējais posms ir niecīgs un lēns.
Uzpildot degvielu SpaceX BFR orbītā, ir iespējams veikt lielu ķīmiski darbinātu kosmosa misiju ar ātrumu līdz 10,0 kilometriem sekundē delta-V. Tas ir aptuveni 100 simt reižu lielāks nekā iepriekšējās misijas no Zemes uz Marsu un trīs reizes ātrāk.
Braukšanas ātrumu tabula
Propelentu ātrumi ir salīdzināti zemāk. Uzlabotā piedziņa var darboties divdesmit līdz piecdesmit reizes ātrāk nekā ķīmiskās raķetes un esošie jonu piedziņas.
Space Shuttle Solid Rocket Booster 250 ISP 2,500 meters per second. Liquid oxygen-liquid hydrogen 450 ISP 4,400 meters per second. Ion thruster 3000 ISP 29,000 meters per second. New Lithium-ion drive 50000 ISP 480,000 meters per second (1.07 million mph). Positron Dynamics catalyzed fusion 100000 ISP 980,000 meters per second (2.1 million mph). Advanced catalyzed fusion 1000000 ISP 9,800,000 meters per second. (21 million mph)
Uzlabotā piedziņa: vairāku megavatu litija jonu diski
JPL (Jet Propulsion Lab) 4 mēnešu laikā pārbaudīs 50 000 ISP litija jonu dzinēju. Šī ir daļa no NASA NIAC 2. fāzes pētījuma, lai izmantotu lāzerus, lai 10 megavatu jaudu raidītu jauniem jonu diskdziņiem.
Daudzi cilvēki nezina par jaunākajiem panākumiem jaudīgāku lāzeru jomā. ASV armija izstrādā lāzeru blokus, kas nākamo 2 gadu laikā var ražot 100 kilovatus. Apmēram līdz 2025. gadam militārpersonām vajadzētu būt megavatu lāzeru blokiem.
Ar lāzera staru darbināmu litija jonu piedziņu darbojas desmit reizes ātrāk nekā jebkurš iepriekšējais jonu piedziņa. Kosmosa kuģim ar šo sistēmu vajadzētu mazāk nekā gadu, lai nokļūtu Plutonā.
JPL veido un pierāda dažādas šīs sistēmas sastāvdaļas. Bura un jonu piedziņas sanāk kopā. Cietā daļa ir fāzētie masīvu lāzeri.
Tie palielina testēšanas spriegumu līdz 6000 voltiem, lai litija jonu piedziņas varētu darbināt tieši. Tiešā piedziņa novērš nepieciešamību pēc daudz smagas elektronikas, kas samazinātu veiktspēju.
Jaudas blīvums būs simts reizes lielāks nekā saules enerģija. Tie samazinās sistēmas izmēru, izmantojot lāzera viļņa garumu 300 nanometru 1063 nanometru vietā.
Vairāku megavatu litija jonu piedziņai ir tehniskas problēmas. Tomēr labi finansēts projekts var būt veiksmīgs pirms 2040. gada.
Uzlabotā piedziņa: pozitronu dinamika — pozitronu katalizēta kodolsintēzes piedziņa
Positron Dynamics ir sniedzis atjauninājumus NIAC, un Braiens Vangs intervēja Positron Dynamics izpilddirektoru Raienu Vīdu.
Tiek novērstas problēmas ar antimateriālu radīšanu un uzglabāšanu. Kriptona izotopus izmanto karsto pozitronu ģenerēšanai. Vairāk izotopu var izgatavot, izmantojot neitronus ražojošos reaktorus. Tas ļauj izvairīties no antimatērijas radīšanas problēmas.
Antimatērija netiek uzglabāta, kas ir lieliski, jo mēs nezinām, kā uzglabāt antimateriālu. Pozitroni tiek izveidoti un pēc tam novirzīti procesā, kas rada kodolsintēzes dzinējspēku. Tas arī atrisina problēmu, kas saistīta ar antimateriālu izmantošanu dzinējspēka ģenerēšanai.
Pozitronu dinamika palēnina ģenerētos pozitronus. Viņiem ir neliela moderatora ierīce. Tas izmanto vairākus silīcija karbīda plēves slāņus, lai iegūtu atsevišķus pozitronus. Elektriskais lauks liek daļiņām novirzīties uz katra slāņa virsmu, kur tās var atdzist. Pozitroni katalizē saplūšanas reakcijas blīvā deitērija blokā. Tas rada dzinējspēku.
Autors: Braiens Vans no Nākamā lielā nākotne.