NASA wykonała ważny krok w rozwoju technologii, która w przyszłości może skrócić podróż ludzi na Marsa i umożliwić bardziej ambitne misje w dalsze rejony Układu Słonecznego.
Inżynierowie z NASA Jet Propulsion Laboratory w Kalifornii po raz pierwszy od wielu lat uruchomili eksperymentalny silnik elektryczny wykorzystujący lit jako materiał pędny. Co istotne, osiągnął on rekordową moc 120 kilowatów - najwyższą spośród tego typu testów przeprowadzonych dotąd w Stanach Zjednoczonych.
Silnik należy do grupy napędów magnetoplazmadynamicznych (MPD), nad którymi naukowcy pracują już od lat 60. XX wieku. W przeciwieństwie do klasycznych rakiet chemicznych, które spalają paliwo w krótkim czasie, silniki MPD działają zupełnie inaczej.
Wykorzystują energię elektryczną do przekształcenia litu w plazmę — zjonizowany gaz, składający się z naładowanych cząstek. Następnie silne pole magnetyczne oraz bardzo wysokie natężenie prądu elektromagnetycznie przyspieszają tę plazmę i wyrzucają ją z silnika, generując ciąg. Taki system ma ogromną zaletę: zużywa nawet do 90 procent mniej paliwa niż tradycyjne silniki chemiczne.
Obecnie NASA korzysta już z napędu elektrycznego w misjach takich jak Psyche, jednak tamte silniki jonowe mają znacznie mniejszą moc. Testowany właśnie napęd osiągnął poziom ponad 25 razy większy niż silniki sondy Psyche, które obecnie należą do najmocniejszych elektrycznych systemów napędowych wykorzystywanych przez agencję.
Podczas prób przeprowadzonych 24. lutego tego roku, badacze wykonali pięć zapłonów silnika. Centralna elektroda wykonana z wolframu rozgrzała się do temperatury przekraczającej 2800 stopni Celsjusza, świecąc jasnym białym światłem. Zewnętrzna część silnika, przypominająca dyszę, również rozżarzyła się, a z urządzenia wydobywał się intensywny czerwony strumień plazmy. Test przeprowadzono w specjalistycznym laboratorium próżniowym JPL — jednym z niewielu miejsc w USA przeznaczonych do bezpiecznego badania silników, wykorzystujących metaliczne materiały pędne przy mocach sięgających nawet megawatów.
Naukowcy podkreślają, że obecne testy są dopiero początkiem. W kolejnych latach planują zwiększyć moc pojedynczego silnika do poziomu od 500 kilowatów do nawet 1 megawata. To kluczowe, ponieważ załogowa wyprawa na Marsa może wymagać systemu generującego od 2 do 4 megawatów mocy, co oznaczałoby zastosowanie kilku takich silników pracujących nieprzerwanie przez ponad 23 tysiące godzin.
Jednym z największych wyzwań pozostaje wytrzymałość materiałów. Komponenty silnika muszą funkcjonować przez bardzo długi czas w ekstremalnych temperaturach i pod ogromnym obciążeniem energetycznym. Dopiero jeśli uda się rozwiązać ten problem, technologia będzie mogła zostać wykorzystana w praktyce.
Docelowo NASA rozważa połączenie takich silników z kosmicznym źródłem energii jądrowej. Taki układ mógłby znacząco zmniejszyć masę startową statków kosmicznych, zwiększyć ilość przewożonego ładunku i skrócić czas lotów międzyplanetarnych.
Projekt rozwijają wspólnie NASA Jet Propulsion Laboratory, Princeton University oraz NASA Glenn Research Center w ramach programu NASA Space Technology Mission Directorate.
Choć do wykorzystania tej technologii w realnej misji jeszcze daleka droga, test pokazuje, że koncepcja szybszych i bardziej efektywnych lotów na Marsa staje się coraz bardziej realna.
Opracowanie: Zuzanna Wrzeszcz
Więcej informacji:
- NASA Fires Up Powerful Lithium-Fed Thruster for Trips to Mars
- Nuclear Propulsion Could Help Get Humans to Mars Faster - NASA
Źródło: NASA
Na zdjęciu: Prototypowy silnik jest umieszczony w próżniowym stanowisku badawczym CoMeT (condensable metal propellant) należącym do JPL, źródło: NASA/JPL-Caltech
