Rozwój prototypu silnika plazmowego firmy Ad Astra

0

Rozwijany przez firmę Ad Astra Rocket Company prototyp silnika plazmowego VX-200 (VASIMR) osiąga coraz lepsze rezultaty w testach i symulacjach. Ostatnie wyniki przedstawiono pod koniec lipca na konferencji, która odbyła się w Atlancie. Skupiono się głównie na dwóch aspektach: zwiększonej wydajności silnika oraz demonstracji zjawiska CPT.

Mechanizm CPT (Constant Power Throttling) przypomina nieco w sensie funkcjonalności stosowane w samochodach skrzynie biegów. Polega on na zmianie parametrów wyrzucanej plazmy (ciągu oraz współczynnika Isp) bez zmiany mocy maksymalnej silnika. Ta cecha odróżnia silnik VASIMR od innych napędów działających w przestrzeni kosmicznej. Zastosowanie optymalnego CPT pozwala na dostosowywanie parametrów silnika do określonych etapów lotu, co w ostateczności może zwiększyć ładowność i zmniejszyć czas podróży.

W celu zwiększenia ciągu, energia jest w przeważającej mierze kierowana do pierwszego systemu silnika (helicon), co przekłada się na względnie szybką konsumpcję paliwa oraz w dalszej kolejności produkcję większej ilości jonów przy mniejszej prędkości gazów wylotowych (niski Isp). Aby uzyskać większy impuls właściwy (Ips), więcej energii kierowane jest do drugiego systemu silnika (moduł Ion Cyclotron Heating), gdzie podgrzewana jest plazma, przy mniejszej ilości energii oraz paliwa dostarczanych do pierwszego systemu. Zmniejsza to ciąg, ale pozwala na uzyskanie większej wydajności przy zmniejszonym zużyciu gazu.

Jak poinformował kierownik prowadzonej kampanii nad prototypowym silnikiem VASIMR, dr Jared P. Squire, określenie optymalnych parametrów pracy silnika wymagało przeprowadzenia około tysiąca prób.

Na konferencji przedstawiono także nowe dane dotyczące znaczącej poprawy wydajności silnika w stosunku do rezultatów otrzymanych w 2010 roku. Poprawa osiąganych wartości współczynnika Isp ze środka zakresu przyczyniła się do całościowego przyrostu efektywności prototypowego silnika o około 10%. Rezultaty te osiągnięto dzięki zmianom w systemie zasilającym oraz oprogramowaniu sterującym. Ponadto poprawiono charakterystyki kluczowych elementów silnika.

Silnik VASIMR jest konstrukcją wykorzystującą plazmę – materię posiadającą bardzo wysoką temperaturę, która jest niemal równa tej panującej wewnątrz Słońca i może z łatwością stopić każdy znany materiał. Jest przy tym również obdarzona ładunkiem elektrycznym, a więc daje się kontrolować za pomocą bardzo silnych pól magnetycznych, które nie tylko sterują jej przepływem, ale także utrzymują ją z dala od elementów silnika. Dzięki temu nie ma ryzyka zetknięcia się elementów silnika z gorącą plazmą. Im wyższa prędkość wylotowa plazmy oraz jej temperatura, tym wyższa wydajność silnika plazmowego – która jest na wyraźnie wyższym poziomie niż w przypadku jego chemicznych odpowiedników.

Według nieoficjalnych informacji silnik VASIMR (o mocy 200 kW) ma zostać dostarczony w 2014 roku na Międzynarodową Stację Kosmiczną, gdzie odbyły by się jego testy. Prawdopodobnie moduł silnika mógłby zostać dostarczony na orbitę za pomocą rakiety firmy SpaceX lub Orbital Sciences Corp. Wyznacznikiem tego będą jednak koszty, które mogą przekroczyć akceptowalne przez agencję NASA granice.

(Ad Astra)Prototyp silnika plazmowego VX-200 osiąga pełną moc 200 kW / Credits: Ad Astra Rocket CompanyEfektywność silnika VS-200 na przestrzeni ostatnich kilku kampanii (2009-2012). Niebieska linia przedstawia funkcję efektywności silnika osiągniętą podczas ostatniej kampanii / Credits: Ad Astra Rocket Company

Share.

Comments are closed.