不耐烦?太空船使用直接融合驱动器仅用两年就可以到达土卫六

融合力量 是三十年后的技术,并且永远都会–至少根据怀疑论者。尽管很难转换成可靠的动力源,但为太阳提供动力的核反应在其他领域有广泛的用途。最明显的是武器, 氢弹 是迄今为止我们生产的最强大的武器。但是还有另一种用例,它的破坏性要小得多,可能会变得有趣得多– space drives.

概念融合驱动器,称为直接融合驱动器(或 DFD)正在普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)。那里的科学家和工程师 塞缪尔·科恩博士,目前正在进行第二次迭代,称为Princeton field reversed configuration-2(PFRC-2)。最终,该系统的开发人员希望将其发射到太空中进行测试,并最终成为在我们的太阳系中飞行的航天器的主要驱动系统。外层太阳系中已经有一个特别有趣的目标,它在许多方面都与地球相似– 泰坦。自从他们开始收集有关它的数据以来,科学家们就迷上了它的液体循环和蕴藏生命的潜力。根据纽约市物理系的一组航空航天工程师所做的研究,如果我们能够正确利用DFD,则可以在不到两年的时间内将探测结果发送到那里。 技术学院,由教授领导 罗曼·凯泽拉什维利 并由来自 都灵理工大学 在意大利–保罗·艾姆(Paolo Aime)和马克·加耶里(Marco Gajeri)。

开发轨迹研究的团队的形象,以及PPPL的DFD首席设计师。
团队参与了最佳DFD轨迹的推导。从左至右:PPPL的Marco Gajeri,Samuel Cohen博士,Paolo Aime教授,Roman Kezerashvili教授。
图片来源:Roman Kezerashvili教授

尽管仍在开发中,但发动机本身利用了航空电子融合的许多优点,最显着的是极高的功率重量比。 DFD驱动器的燃料质量可能略有不同,并且包含 和一个 氦3 同位素。即使使用相对少量的极其强大的燃料,DFD的性能仍可以胜过当今常用的化学或电力推进方法。的 特定冲动 该系统的功率,可以衡量发动机使用燃料的效率,可以与目前最有效的电动发动机相媲美。此外,DFD引擎将提供4-5 N的 推力 在低功率模式下,仅比化学火箭在长时间内的输出要少。从本质上讲,DFD拥有出色的电力推进系统特定脉冲,并将其与化学火箭的出色推力相结合,从而融合了两种飞行系统的优点。  

普林斯顿卫星系统的视频介绍了DFD的技术操作。
图片来源:普林斯顿卫星系统YouTube频道

所有这些改进的规范都很棒,但是为了使它们有用,必须将航天器实际放置在某处。该论文的作者选择了Titan,主要是因为它相对较远,但由于它非常有趣 液体循环 而且丰富 有机分子。为了绘制出土星最大卫星的最佳路线,意大利团队与DFD的PPPL开发人员合作,并获得了从测试引擎访问性能数据的权限。然后,他们获取了有关行星对准的其他一些数据,并开始从事一些轨道力学的研究。这导致了两种不同的潜在路径,其中一种路径仅在行程的开始和结束时才施加恒定的推力(称为推力-海岸-推力)。– TCT –轮廓),并且在整个行程中推力恒定。  

UT’s take on why it’探索泰坦很重要。

两次旅行都涉​​及转换推力方向,以减慢航天器的速度,使其进入土星系统。提供恒定的推力将使飞行距离不到2年,而TCT曲线将使飞船的总飞行持续时间为2.6年,远大于 卡西尼号。这两条路径都不需要重力辅助,前往外行星的航天器通常会从中受益。卡西尼号是上一次访问土星系统的著名任务,它利用金星和地球之间的一系列重力辅助到达目的地,这一过程历时近7年。该论文的通讯作者马可·加杰里(Marco Gajeri)说,需要注意的重要一件事是,使这些短途旅行最有效的窗口在2046年左右打开。虽然距离现在还不到30年,但确实为PPPL团队带来了很多好处有更多时间来改进其当前设计。

但是,一旦启用DFD的探测器到达该土星系统,就会出现其他挑战。绕太阳系中第二大行星旋转相对容易。将轨道转移到最大的卫星要困难得多。解决该问题需要解决 三体问题,这是一个非常困难的轨道力学问题,涉及解决三个不同轨道物体(即航天器,土星和土卫六)的轨道。  

该图显示了PFRC-2 DFD的运行状态,并发出淡淡的紫色等离子体。
PFRC-2 DFD驱动器在工作中的图像。
信誉:维基百科用户Cswancmu / PPPL

由于所有的轨道力学都已消失,航天器安全地进入了泰坦的轨道,因此它可以开始利用DFD的另一个好处–它可以为航天器系统提供直接动力。 大多数外部太阳系任务都依靠放射性同位素热发生器(RTG)作为其电源。 但是事实上,DFD不仅是推力的来源,而且还是动力的来源。 如果设计正确,它可以提供站立式航天器延长任务寿命所需的全部动力。

延长的任务寿命意味着DFD可用于多种任务。研究了对泰坦号任务的作者还研究了对跨海王星天体的任务的可能性,到目前为止,只有新视野号才拜访了它,而新视野号花了9年才到达冥王星。不用说,DFD将大大减少进行该旅程所需的时间。而且,如果它在未来30年内可正常运行,它可以开始充当各种新勘探任务的驱动力。

学到更多:
arXiv:使用直接融合驱动器执行泰坦任务
马可·加杰里– MS Thesis – 使用直接融合驱动器进行泰坦任务的弹道设计
国际热核实验堆– 有融合,会旅行
下一个大未来– 兆瓦级直接融合驱动器,适用于25X ISP,比Pluto快三倍

Feature Image Credit:直接融合驱动器的艺术家构想。图片来源:普林斯顿卫星系统

发表评论

该网站使用Akismet减少垃圾邮件。 了解如何处理您的评论数据.