Mit szóltok ehhez az új hajtóműhöz?

A VASIMR tesztelés közben

A változtatható fajlagos impulzusú mágneses plazma rakéta (angolul Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket, vagy röviden VASIMR, azaz változtatható fajlagos impulzusú mágneses plazma rakéta). Ez egy újfajta konstrukciójú plazmahajtómű. Működési elve az, hogy először rádióhullámokkal nagyon felhevíti, ionizálja a hajtóanyagot, majd pedig mágneses terekkel felgyorsítja, így hoz létre tolóerőt.

A plazma hevítésének technológiája eredetileg magfúziós kutatásokból származik. A VASIMR célja, hogy áthidalja az alacsony tolóerejű, de nagy impulzussűrűségű, illetve a magas tolóerejű, de alacsony impulzussűrűségű meghajtórendszerek közti szakadékot. A VASIMR mindkét módban képes működni. A Costa Rica-i tudós és űrhajós, Franklin Chang-Diaz találta fel a koncepciót és dolgozik 1979 óta a kifejlesztésén, 2005 óta a NASA külsős cége, az Ad Astra Rocket Co. fejeként.

Tartalomjegyzék

[elrejtés] 1 Működési elv

2 Sebesség

3 Alkalmazások

4 Jelenlegi állapot

5 Lásd még

6 Hivatkozások

Működési elv [szerkesztés]

A VASIMR mikrohullámú fűtéssel ionizálja a gázt, ez ahhoz hasonló folyamat, ami a mikrohullámú sütőben is történik. Ezután mágneses térrel gyorsítja fel a plazmát a kívánt sebességre. Mivel a gyorsítás mágneses térrel történik, nincsenek elektródák, amivel így el lehet kerülni az ionhajtóművek fő problémáját, az elektródák erózióját. A motor többi részét is mágneses tér védi a forró plazmától, ami miatt a hajtómű élettartama sokkal nagyobb lehet, mint a hagyományos ionhajtóművek esetében.

A rakéta felépítése (a kép rá kattintva nagyítható)

A hajtómű alapvetően három részre osztható:

1.A gázt helikális rádióantennák segítségével plazma állapotig fűtik,

2.a plazmát tovább fűtik, immár rádióhullámok segítségével,

3.végül pedig mágneses terek segítségével a plazma belső hőenergiáját kinetikus energiává konvertáljuk.

A beadott plazma mennyiségével és a rádiós fűtés intenzitásával lényegesen változtatható, hogy nagy impulzussűrűségű vagy magas tolóerejű működést akarunk-e inkább.

Fontos megjegyezni, hogy a második fázis nagyon rövid, a hajtógáz még jóval a termikus eloszlás elérése előtt kilép a hajtóműből. A fűtés gyakorlatilag teljes energiája a plazma kinetikus energiájává változik. Emiatt az ionok energiaspektruma nagyon szűk, ami lehetővé teszi, hogy a motor 3. fázisa nagyon egyszerű mágneseket használjon.[1] A hatékonyság növelése céljából szupravezető mágneseket terveznek alkalmazni.

Sebesség [szerkesztés]

A jelenlegi VASIMR tervek 30 és 300 km/s felső gázkiáramlási sebességhatárral számolnak, ez a tolóerő növelése érdekében csökkenthető. Továbbá az eddigi ionhajtóművekhez képest sokkal nagyobb, MW nagyságrendű teljesítményt képes produkálni.

Alkalmazások [szerkesztés]

A VASIMR tolóereje minden esetben túl kevés ahhoz, hogy a Földről való indításhoz használni lehessen. Ehelyett működhet újrafelhasználható végfokozatként, jelentős üzemanyagot és így költséget takarítva meg ezzel. Várható, hogy a jelenlegi, túlnyomórészt kémiai hajtóműves technológiák árának töredékéért alkalmas lesz a következő feladatokra:

űrállomások magas légköri fékeződésének kompenzációja,

rakomány Holdra szállítása,

űrhajók világűrbeli utántöltése,

anyagok visszamentése a világűrből,

nagyon nagy sebességű szállítás nagyon távoli (Mars pályán túli) célpontok irányába.

A VASIMR gyors szállítást igénylő alkalmazásaihoz kis tömegű, nagy energiasűrűségű energiaforrásra lesz szükség, leginkább a nukleáris energia jöhet itt szóba.

2008 augusztusában Tim Glover, az Ad Astra fejlesztési igazgatója azt nyilatkozta, hogy szerinte a VASIMR első alkalmazása rakomány Föld körüli pályáról Hold körüli pályára való juttatása lesz a NASA új holdprogramja részeként.[2]

Jelenlegi állapot [szerkesztés]

A VASIMR alapvető fejlesztője az Ad Astra Rocket Company. A jelenlegi erőfeszítések fő célja a hatékonyság növelése. Ennek egyik fő eszköze az energiaszintek növelése (vö.: termodinamika második főtétele). A cég adatai szerint a VASIMR jelenlegi maximális hatásfoka 67%. A hatékonyság azért is fontos, mivel űrbéli alkalmazásnál, hőelvezető közeg hiányában, csak a sokkal kevésbé hatékony hősugárzás útján lehet hűteni, így sokkal fontosabb feladat a hulladékhő termelésének minimalizálása.

A fejlesztés egyes prototípusait egy V betűt követően a felhasználás céljából és a motor névleges teljesítményéből származó sorozatszámmal jelölik. Például VX50 egy 50 kW teljesítményű, általános kísérleti célú motor. A majdan a Nemzetközi Űrállomásra kerülő kísérleti példány kódja VF200 lesz (mint flight, illetve 200 kW).

A VX50-es motor számított teljesítménye még 59% volt, a jelenleg építés alatt álló VX100-tól 72%-ot várnak. Összehasonlításképpen a NASA által jelenleg használt ionhajtóművek a 80%-ot is elérik. A VX50-es motor még csak 0,5 N tolóerőt tudott biztosítani, a VF200-tól 5N-t várnak, 50 km/s-os gázkiáramlási sebesség mellett. A VF200 konstrukciójában már a hulladékhő elvezetése is lényeges szempont lesz. Hajtógázként a földi változatok az olcsó, nem reakcióképes argont használják.

2008. december 10-én az Ad Astra szerződést írt alá a NASA-val a VF200-as motor kipróbálására az ISS-en. Fellövése 2011-2012 köré várható. Az ISS-en futó változat rövid távon, tolóerő-optimalizált módban fog működni. Mivel energiaigénye körülbelül háromszorosan meghaladja az ISS kapacitását, ezért a rendszer része lesz egy energiatároló rendszer is, ami tíz percen át lesz képes ellátni energiával a kísérleti hajtóművet.

2009. május 31-én kezdődött el a szupravezető mágnesek kipróbálása az épülő VX200 prototípuson. Ennek célja, hogy a VASIMR teljesítménye elérje a kívánt értéket. Ha a tesztek sikerrel zárulnak, megkezdődhet az ISS-re szánt VF200 fejlesztése. Ez az ISS-en jelenleg hulladékként képződő hidrogént fogja hajtógáznak használni, aminek két nagy előnye van:

az ISS-re az oxigént víz formájában viszik fel, amit odafent bontanak hidrogénre és oxigénre. A hidrogén fölösleges, jelenleg az űrbe engedik. A VF200 ezt a „hulladék” hidrogént fogja tudni hasznosítani, így nem lesz szükség extra hajtóanyag odaszállítására.

az ionizált hidrogén magja egyetlen proton, aminek töltéssűrűsége a legnagyobb az atommagok között, így ideálisan kezelhető elektromágneses úton.

Jelenleg az űrállomás legkevesebb havi 2,5 km-t süllyed az atmoszféra fékező hatása miatt, emiatt az oda rendszeresen ellátmányt szállító Progressz teherűrhajókkal meg kell emelni. A végcél ennek az emelési manővernek a kiváltása a VF200 leendő utódjával. Ez nagyban csökkenteni fogja az űrállomás fenntartási költségét