Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Một loại máy đẩy tên lửa mới có thể đưa loài người lên sao Hỏa và xa hơn nữa đã được một nhà vật lý đề xuất. Thiết bị sẽ áp dụng từ trường để khiến các hạt plasma bắn ra phía sau tên lửa và đẩy tàu về phía trước.
Một loại máy đẩy tên lửa mới có thể đưa loài người lên sao Hỏa và xa hơn nữa đã được đề xuất bởi một nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma Princeton (PPPL) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE).
Thiết bị sẽ áp dụng từ trường để tạo ra các hạt plasma, khí mang điện còn được gọi là trạng thái thứ tư của vật chất, bắn ra phía sau tên lửa và do bảo toàn động lượng, đẩy tàu về phía trước. Máy đẩy plasma hiện tại đã được chứng minh trong không gian sử dụng điện trường để đẩy các hạt.
Khái niệm mới sẽ tăng tốc các hạt bằng cách sử dụng tái kết nối từ tính, một quá trình được tìm thấy trên khắp vũ trụ, bao gồm cả bề mặt của mặt trời, trong đó các đường sức từ hội tụ, đột ngột tách ra và sau đó liên kết lại với nhau, tạo ra rất nhiều năng lượng. Sự kết nối lại cũng xảy ra bên trong các thiết bị hợp nhất hình bánh rán được gọi là tokama.
“Tôi đã xem xét khái niệm này trong một thời gian”, ông PPPL Principal Nghiên cứu vật lý Fatima Ebrahimi, nhà phát minh và là tác giả của một bài báo chi tiết ý tưởng của khái niệm Journal of Physics Plasma chia sẻ. “Tôi có ý tưởng vào năm 2017 khi đang ngồi trên boong và nghĩ về những điểm tương đồng giữa khí thải của ô tô và các hạt khí thải tốc độ cao được tạo ra bởi Thí nghiệm Mô-men xoắn Hình cầu Quốc gia của PPPL (NSTX), tiền thân của cơ sở nhiệt hạch hàng đầu hiện nay của phòng thí nghiệm”. “Trong quá trình hoạt động, tokamak này tạo ra các bong bóng từ tính được gọi là plasmoid di chuyển với tốc độ khoảng 20 km / giây, đối với tôi dường như rất giống lực đẩy.”
Nhiệt hạch, sức mạnh điều khiển mặt trời và các ngôi sao, kết hợp các nguyên tố ánh sáng ở dạng plasma – trạng thái nóng, tích điện của vật chất bao gồm các electron tự do và hạt nhân nguyên tử đại diện cho 99% vũ trụ nhìn thấy – để tạo ra một lượng lớn năng lượng. Các nhà khoa học đang tìm cách tái tạo phản ứng tổng hợp trên Trái đất để tạo ra nguồn cung cấp năng lượng hầu như vô tận để tạo ra điện.
Các máy đẩy plasma hiện tại sử dụng điện trường để đẩy các hạt chỉ có thể tạo ra xung lực hoặc tốc độ cụ thể thấp. Nhưng các mô phỏng máy tính được thực hiện trên máy tính PPPL và Trung tâm Máy tính Khoa học Nghiên cứu Năng lượng Quốc gia, một Cơ sở Người dùng Khoa học thuộc Văn phòng DOE tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley ở Berkeley, California, cho thấy rằng khái niệm động cơ đẩy plasma mới có thể tạo ra khí thải với vận tốc hàng trăm km mỗi thứ hai, nhanh hơn 10 lần so với các động cơ đẩy khác.
Ebrahimi nói rằng vận tốc nhanh hơn khi bắt đầu hành trình của tàu vũ trụ có thể đưa các hành tinh bên ngoài vào trong tầm với của các phi hành gia. Bà nói: “Việc di chuyển đường dài mất nhiều tháng hoặc nhiều năm vì xung lực cụ thể của động cơ tên lửa hóa học rất thấp, do đó, tàu phải mất một thời gian mới đạt được tốc độ. “Nhưng nếu chúng tôi chế tạo máy đẩy dựa trên sự tái kết nối từ trường, thì có thể hình dung chúng tôi sẽ hoàn thành các nhiệm vụ đường dài trong một khoảng thời gian ngắn hơn.”
Có ba điểm khác biệt chính giữa khái niệm thiết bị đẩy của Ebrahimi và các thiết bị khác. Đầu tiên là việc thay đổi cường độ của từ trường có thể làm tăng hoặc giảm lượng lực đẩy. Bằng cách sử dụng nhiều nam châm điện hơn và nhiều từ trường hơn, chúng ta có thể xoay một núm xoay để tinh chỉnh vận tốc.
Thứ hai, động cơ đẩy mới tạo ra chuyển động bằng cách phóng ra cả các hạt plasma và bong bóng từ tính được gọi là plasmoid. Các plasmoid thêm sức mạnh cho động cơ đẩy và không có khái niệm động cơ đẩy nào khác kết hợp chúng.
Thứ ba, không giống như các khái niệm về bộ đẩy hiện tại dựa vào điện trường, từ trường trong khái niệm của Ebrahimi cho phép plasma bên trong bộ đẩy bao gồm các nguyên tử nặng hoặc nhẹ. Tính linh hoạt này cho phép các nhà khoa học điều chỉnh lượng lực đẩy cho một nhiệm vụ cụ thể. Trong khi các động cơ đẩy khác yêu cầu khí nặng, được làm từ các nguyên tử như xenon, thì trong khái niệm này, chúng ta có thể sử dụng bất kỳ loại khí nào chúng ta muốn. Các nhà khoa học có thể thích khí nhẹ trong một số trường hợp vì các nguyên tử nhỏ hơn có thể chuyển động nhanh hơn.
Khái niệm này mở rộng danh mục nghiên cứu động cơ đẩy không gian của PPPL. Các dự án khác bao gồm Thí nghiệm Hall Thruster được bắt đầu vào năm 1999 bởi các nhà vật lý PPPL Yevgeny Raitses và Nathaniel Fisch để điều tra việc sử dụng các hạt plasma để di chuyển tàu vũ trụ. Raitses và các sinh viên cũng đang nghiên cứu việc sử dụng động cơ đẩy Hall nhỏ bé để cung cấp cho các vệ tinh nhỏ gọi là CubeSats khả năng cơ động cao hơn khi chúng quay quanh Trái đất.
Ebrahimi nhấn mạnh rằng khái niệm về máy đẩy của cô bắt nguồn trực tiếp từ nghiên cứu của cô về năng lượng nhiệt hạch. Ebrahimi cho biết: “Công trình này được lấy cảm hứng từ quá trình nhiệt hạch trong quá khứ và đây là lần đầu tiên plasmoids và sự kết nối lại được đề xuất cho động cơ đẩy trong không gian. “Bước tiếp theo là xây dựng một nguyên mẫu!”
Nguồn truyện:
Tài liệu do Phòng thí nghiệm Vật lý Plasma DOE / Princeton cung cấp . Bản gốc do Raphael Rosen viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :