Hvordan Plasma Raketter Arbejde

{h1}

Hvad hvis vi kunne komme til mars om 40 dage i stedet for syv måneder! Det kunne ske, hvis vi brugte plasmaraketter. Få mere at vide på WordsSideKick.com.

Fem. Fire. Tre. To. En. Affyring! Ind i himlen skyder et raketskib, der hurtigt bevæger sig ud over vores atmosfære og ind i det ydre rum. I løbet af det sidste halve århundrede er folk gået fra bare at se forbavselse over stjernerne, der glitrer i nattehimlen, for at leve i flere måneder ad gangen på den internationale rumstation blandt de himmelske kroppe. Og mens mennesker har sat fod på månen, er landing hvor som helst længere væk kun forbeholdt ubemandet håndværk og robotter.

Et sted folk er meget interesseret i at besøge er Mars. Bortset fra de egentlige udfordringer ved landing og tilbringe tid på et sted som ubehagelig som den røde planet, er der den store forhindring for faktisk at komme derhen. I gennemsnit er Mars omkring 140 millioner miles (225,3 millioner kilometer) fra Jorden. Selv når det er nærmest, er det stadig ca. 35 millioner miles (56.3 millioner kilometer) væk fra vores planet [kilde: St. Fleur]. Brug af de konventionelle kemiske raketter, der typisk fører os ind i det ydre rum, vil tage mindst syv måneder at komme der - ikke lige så lidt tid [kilde: Verhovek]. Er der nogen måde, vi måske vil kunne gøre det hurtigere? Indtast plasma raket!

I stedet for at bruge konventionelt raketbrændsel har forskere og ingeniører vendt sig til løfterne om plasmakrocketer for at fremdrive os til det yderste rums udbredelse. I denne type raket anvendes en kombination af elektriske og magnetiske felter til at nedbryde atomerne og molekylerne af en drivgas til en samling af partikler, som enten har en positiv ladning (ioner) eller en negativ ladning (elektroner). Med andre ord bliver drivgassen et plasma.

I mange konfigurationer af denne motor anvendes derpå et elektrisk felt for at udstødge ionerne ud af motorens bagside, som giver tryk på rumfartøjet i modsat retning [kilde: Zyga]. Med denne teknologi optimeret kunne et rumskib teoretisk nå en hastighed på 123.000 km / t (kilde: Verhovek). Med den hastighed kunne du komme fra New York til Los Angeles på et minut!

Plasma: Den fjerde tilstandstilstand

Plasma: Den fjerde tilstandstilstand

En mand tjekker verdens største HD LCD-tv på en konference i Berlin. Plasma-tv er nu meget almindeligt. snapshot-photography / ullstein bild via Getty Images

Verden er normalt opdelt i tre tilstandsmaterialer: fast, flydende og gas. Når det er koldt, er det solidt. Når det opvarmes, bliver det til en væske. Når mere varme påføres, får du en gas. Historien slutter dog ikke der. Når du tilføjer endnu mere varme, får du - plasma! Den ekstra energi og varme opbryder de neutrale atomer og molekyler i gassen til typisk positivt ladede ioner og negativt ladede elektroner. De ladede partikler giver plasma interessante ledende egenskaber, så plasmateknologi bruges til at lave alle slags ting, vi bruger hver dag. Computer chips, neon tegn, selv den metalliske belægning på indersiden af ​​en pose kartoffelchips er skabt ved hjælp af plasmateknologi. Og selvfølgelig er der plasma-tv, der bruger plasma til at frigive lysfotoner, hvilket giver dig en farvevisning af pixels på skærmen. Faktisk er 99 procent af det almindelige stof i universet i plasma tilstand [kilde: Charles].

De fleste stjerner, herunder vores sol, er lavet af plasma. Hvis det er så udbredt i universet, hvorfor ser vi det ikke så meget på Jorden? Nå, faktisk gør vi det. Det nordlige og sydlige lys er skabt af solvind. Og hvad er solvind? Plasma-! OK, det er ikke alle, der er heldige nok til at se disse spektakulære lysdisplayer, men du kan se plasma i aktion under andre fantastiske lysvisninger, der giver af naturen: en tordenvejr. Da strømmen i lyn strømmer gennem luften, giver den så meget energi til molekylerne i sin vej, at gassen i lynet sporet faktisk er omdannet til plasma.

Plasmateknologi er også blevet brugt i raketter for at hjælpe os med at komme rundt i det ydre rum, og det har det største løfte om at få mennesker til steder, vi kun kunne drømme om før. Disse raketter skal være i vakuum i det ydre rum til arbejde, da luftens tæthed nær jordens overflade forsinker accelerationen af ​​ionerne i plasmaet, der er nødvendige for at skabe fremdrift, så vi kan faktisk ikke bruge dem til løft fra jorden. Imidlertid har nogle af disse plasmamotorer været i rummet siden 1971. NASA bruger typisk dem til vedligeholdelse på den internationale rumstation og satellitter samt den vigtigste kilde til fremdrift i dybt rum [kilde: NASA].

Typer af plasmakvittere

Typer af plasmakvittere

Costa Rica astronaut og fysiker Franklin Chang Diaz forklarer udviklingen af ​​sit plasma motor projekt. MAYELA LOPEZ / AFP / Getty Images

Alle plasma-raketter arbejder på samme type principper: Elektriske felter og magnetfelter arbejder side om side for først at omdanne en gas - typisk xenon eller krypton - til plasma og accelerere derefter ionerne i plasmaet ud af motoren på over 45.000 mph ( 72.400 km / t), hvilket skaber et tryk i retning af ønsket rejse [kilde: Science Alert]. Der er mange måder, at denne formel kan anvendes til at oprette en arbejdsplasma raket, men der er tre typer der skiller sig ud som den bedste og mest lovende [kilde: Walker].

Hall thrusters er en af ​​to typer plasmamotorer, som i øjeblikket er i brug regelmæssigt i rummet. I denne enhed er elektriske og magnetiske felter opstillet vinkelret i kammeret. Når elektricitet sendes gennem disse duelleringsfelter, begynder elektronerne at sejre rundt super hurtigt i cirkler.Når drivgassen sprøjtes ind i enheden, banker højhastighedseelektronerne elektroner ud af atomerne i gassen, hvilket skaber et plasma bestående af de frie elektroner (bærende negative ladninger) og de nu positivt ladede atomer (ioner) af drivmidlet. Disse ioner bliver skudt ud af motorens bagside og skaber den kraft, der er nødvendig for at fremdrive raketen fremad. Mens de to processer af ionisering og acceleration af ionerne sker i trin, forekommer de inden for samme rum i denne motor. Hall thrusters kan generere en betydelig kraft for den anvendte input effekt, så de kan gå utrolig hurtigt. Men der er grænser for deres brændstofeffektivitet.

Når NASA leder efter en motor, der er mere brændstofeffektiv, bliver den i stedet for ristede ionmotorer. I denne almindeligt anvendte enhed er elektriske og magnetiske felter beliggende langs motorrummets vægge. Når elektrisk kraft påføres, svinger høje energi elektroner i og langs de magnetiske felter nær væggene. På samme måde som Hall-thrusteren er elektronerne i stand til at ionisere drivgassen i et plasma. For at gøre det næste skridt til at skabe tryk er elektriske gitter placeret i enden af ​​kammeret for at accelerere ionerne ud. I denne motor sker ioniseringen og accelerationen i to forskellige rum. Selvom den ristede ionmotor er mere brændstofeffektiv end en Hall-thruster, er ulempen, at den ikke kan generere så meget tryk pr. Enhedsområde. Afhængigt af den type arbejde, de søger at få gjort, vælger forskere og luftfartsteknologer hvilken motor der passer til missionen bedre.

Endelig er der den tredje type motor: VASIMR, kort for Variabel Specifik Impuls Magnetoplasma Raket. Denne raket, udviklet af tidligere astronaut Franklin Chang Diaz, eksisterer kun i testfasen nu. I denne enhed skabes ionerne via radiobølger, der genereres af en antenne til dannelse af plasmaet. En anden antenne længere nedstrøms føjer energi, der får ionerne til at spinde rundt i en cirkel meget hurtigt. Et magnetfelt giver retningsstyrke, således at ionerne frigives ud af motoren i en lige linje og derved afgiver stødkraften. Hvis det virker, vil denne raket have et enormt gasreguleringsområde, noget som Hall-propelleren og iongittermotoren ikke kan opnå lige så nemt.

Næste Stop... Mars?

Konventionelle raketter er store og har fået os langt, men de har deres begrænsninger. Disse raketter arbejder også på basis af tryk: Motoren forbrænder brændstof, der skaber en højtryksgas, der bliver presset ud af raketdysen med høj hastighed, og raketen drives i modsat retning [kilde: Brain]. Rocket brændstof, er dog meget tung og super-ineffektiv. Det kan ikke give nok strøm til at få steder hurtigt. Retsbrændstoffet er brændt op i bestræbelserne på at komme ud af jorden og ind i kredsløb, og så bliver rumskibet tvunget til bare at kyst [kilde: Verhovek].

En plasma rakett bruger derimod meget mindre brændstof end disse konventionelle motorer - 100 millioner gange mindre brændstof, faktisk [kilde: Science Alert]. Det er så brændstofeffektivt, at du kan gå fra Jordens kredsløb til månens kredsløb med omkring 30 liter (113 liter) gas [kilde: Charles]. Plasma raketter accelererer gradvist og kan nå en maksimal hastighed på 34 miles (55 kilometer) pr. Sekund i løbet af 23 dage, hvilket er fire gange hurtigere end nogen kemisk raket [kilde: Verhovek]. Mindre kørselstid betyder mindre risiko for, at skibet oplever mekaniske fejl, og astronauterne udsættes for solstråling, knogletab og muskelatrofi. Med VASIMR vil fremdrivningen også teoretisk være tilgængelig i hele rejsen, hvilket betyder, at retningsændringer kan være mulige til enhver tid.

At være realistisk, på dette tidspunkt rejser til Mars på kort tid er stadig langt væk. At nå disse typer af ekstreme afstande kræver meget strøm. De fleste Hall thrusters og gridded ionmotorer kører på ca. 5 kilowatt kraft. For at komme til magtniveauet skal du nå Mars i omkring 40 dage, du skal have mindst 200 gange så meget [kilde: Walker]. Den mest levedygtige energikilde til at generere denne mængde strøm i det ydre rum er kernekraftkilder indbygget i motoren. På nuværende tidspunkt udgør imidlertid en atomkraftkilde på et raketskib, som vi springer fra jord til rum, for stor fare for strålingseksponering i tilfælde af et nedbrud.

Så strømkilden til at nå disse afstande er fortsat en stor udfordring. For ikke at nævne usikkerheden om hvordan menneskekroppen ville reagere på at rejse 34 miles (54 kilometer) pr. Sekund (i modsætning til 7,5 miles eller 7,5 km per sekund rejser astronauterne for at komme til lavere jordens kredsløb i konventionelle raketter) [kilder: Verhovek, Northwestern University Qualitative Reasoning Group]. Men i teorien har de nok kapacitet nok til at nå Mars i omkring 40 dage, hvilket vi ikke ville have tørret drømme for kun 50 år siden.

Forfatterens Note: Hvordan Plasma Raketter Arbejde

Først læste jeg "The Martian", og nu har jeg skrevet denne artikel. Jeg har aldrig været så jazzed om Mars! Jeg er ikke sikker på, at jeg vil have det selv, men mere magt til astronauterne, som måske en dag kan gå på den røde planet!


Video Supplement: TR-3B ASTRA Секретный Самолет США проекта Аврора.




Forskning


Sådan Fungerer Maps
Sådan Fungerer Maps

Snow-Vember Surprise: Hvorfor Deep South Ser Frostvejr
Snow-Vember Surprise: Hvorfor Deep South Ser Frostvejr

Videnskab Nyheder


Elusive 'Eksotiske Hadron' Partikler Bekræftet
Elusive 'Eksotiske Hadron' Partikler Bekræftet

'Hurtigere End Lys' Studiekoordinator Afgår
'Hurtigere End Lys' Studiekoordinator Afgår

Whale Murder Blev Seksuelt Motiveret, Whale Detectives Say
Whale Murder Blev Seksuelt Motiveret, Whale Detectives Say

170-Million-Year-Old 'Fish Lizard' Fossil Unearthed I Skotland
170-Million-Year-Old 'Fish Lizard' Fossil Unearthed I Skotland

Gennemsnitlige Drug Label Lists Whopping 70 Bivirkninger
Gennemsnitlige Drug Label Lists Whopping 70 Bivirkninger


DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com