Двигатель, который может создавать топливо из воздуха – как? • Реестр

Интервью Смогут ли когда-нибудь спутники генерировать собственную тягу с помощью топлива, созданного из воздуха? Так считают ученые из Университета Джорджа Вашингтона (GWU) и Принстонской лаборатории физики плазмы.

Они были награжден более 1 миллиона долларов от правительственного центра DARPA по созданию прототипа воздушно-реактивной электрической силовой установки (АБЭП) двигатели, демонстрирующие технологию, позволяющую управлять спутниками с помощью электроэнергии на очень низкой околоземной орбите. Эта электроэнергия может поступать, например, от солнечных батарей, ядерных источников или батарей.

Здесь, Регистр беседует с Анмолом Таплоо, аспирантом GWU, который работает над новым способом генерация плазмы для этих футуристических двигателей [PDF].

Рег: Идея звучит как что-то из научной фантастики. Откуда это?

В: Концепция ионных двигателей довольно старая. Я думаю, что в 60-е годы были разговоры о том, что не нужно носить с собой топливо или топливо в космос, а просто использовать их. [local] Ресурсы. Например, скажем, мы можем использовать воду в качестве топлива на Луне. Что, если бы мы могли использовать металлы в качестве топлива или воздух в качестве топлива? Существовали самые разные теории, и недавние работы, проведенные за последние два десятилетия, стали моментом, когда интерес начал расти еще больше.

Рег: Как вам удалось над этим работать?

В: Когда я начал писать докторскую диссертацию, я не знал об этой области. Мой опыт работы в аэрокосмической технике, больше связан с газотурбинными двигателями и немного с космическими кораблями. У меня был некоторый опыт в аэродинамике. Я слышал о воздушно-плазменных двигателях, это звучит очень круто, интересно и потенциально может быть чем-то новым. Так [my PhD advisor] сказал: Почему бы вам не сделать это как проект? Так что последние пять-шесть лет это была моя докторская тема, которая в конечном итоге привела к получению награды DARPA, известной как Гармония заряда проект. Мы подали заявку и выиграли премию в 1 миллион долларов.

Рег: Можете ли вы объяснить, как работают ABPE?

​В: Воздух поступает внутрь двигателя, и там находится электронная пушка, испускающая электроны высокой энергии. Эти высокоэнергетические электроны взаимодействуют с воздухом и ионизируют частицы; это цепная реакция, называемая ионизацией. Тогда они будут возбуждены и излучают свет, который светится. Плазма создается из зарядов, положительных ионов и отрицательных электронов. Теперь у вас есть электромагнитные поля и перпендикулярное магнитное поле. Заряженные частицы ускоряются силой Лоренца, создавая тягу.

Рег: Каковы некоторые преимущества использования обильного и устойчивого источника энергии для питания космических кораблей?

В: В атмосфере уже есть воздух, поэтому, если вы можете использовать его в качестве топлива, это означает, что вам не нужно носить с собой топливные баки. Вы можете иметь простой [spacecraft] дизайн и ваши затраты на запуск снизятся. Самая низкая стоимость запуска — у Falcon Heavy от SpaceX, он стоит около $1500 за килограмм. Допустим, вы используете примерно три или четыре килограмма топлива и имеете некоторый дополнительный вес, так что просто представьте, сколько денег вы экономите за запуск каждого спутника.

Рег: Насколько низко нужно летать спутникам с ABEP, чтобы набрать достаточно воздуха?

В: Я бы сказал, что мы единственные, кто стремится к очень низким орбитам, примерно от 70 до 90 километров. Эти виды орбит известны как орбиты самоочищения или орбиты самосворачивания.

Рег: Вы упомянули, что со временем создадите компанию. Какие коммерческие преимущества дает размещение спутников на орбите ближе к Земле?

В: Есть три убедительных бизнес-кейса использования этой технологии. Одним из них является получение изображений чрезвычайно высокого качества, поскольку вы находитесь в десятки раз ближе к Земле по сравнению с геостационарными спутниками на низкой околоземной орбите. У вас есть изображения с очень высоким разрешением, и это действительно важно. Управление стихийными бедствиями, военная оборона – это, безусловно, огромный рынок. Во-вторых, это коммуникации.

Третья и самая большая проблема — космический мусор. Поскольку вы вращаетесь на малой высоте, у вас есть сопротивление. Допустим, ваш спутник выходит из-под контроля – я больше не говорю о топливе, потому что топливо бесконечно – он автоматически сойдет с орбиты из-за сопротивления на высоте и сгорит при входе в атмосферу, так что вы предотвратите образование космического мусора.

Рег: Какова ваша цель в проекте DARPA Change Harmony?

В: Следующей вехой контракта DARPA является достижение отношения тяги к аэродинамическому сопротивлению выше единицы.

Рег: Эта технология полезна только для спутников, вращающихся вокруг Земли?

В: Нет, мы показали, что он работает с несколькими газами, поэтому потенциально его можно использовать и для разных планет. Это не только для Земли, его потенциально можно использовать для космических кораблей, вращающихся вокруг Марса, Венеры или, возможно, планет типа Титана на очень малых высотах.

Рег: Как вы думаете, когда мы сможем разместить это на реальном спутнике в космосе?

В: Моя цель — ближайшие пять лет. Возможно, я слишком оптимистичен. ®