Nový a lepší pohon
Vysokonapäťový elektrický pohon (High-Power Electric Propulsion, HiPEP) je základom iónového motora podobného tomu, ktorý bol už v minulosti využitý na sonde Deep Space One v roku 1999, ibaže lepšieho. Prvý medzník ambiciózneho trojmiliardového projektu Prometheus je teda prekonaný.
Celkové zlepšenia výkonu pri porovnaní s predchádzajúcou triedou iónových motorov zahŕňajú: vyše desaťnásobné zlepšenie v ťahu; dvoj alebo trojnásobné v efektívnosti využitia paliva; päť až osemnásobné zvýšenie životnosti; a 30% zlepšenie celkovej výkonnosti.
Na Jupiter bez pomoci astrológov
Je to zároveň prvá testovaná technológia pohonu, ktorá má potenciálnu kapacitu a životnosť na to, aby dostala kozmickú loď alebo sondu tak ďaleko ako je Jupiter -- bez akejkoľvek gravitačnej asistencie iných planét. K Jupiteru i za túto vzdialenosť sa už sondy dostali, no využili na to gravitačné manévre okolo planét. Na tieto zložité manévre je však treba špecifické okno v čase, keď sú planéty vo vhodnej konštelácii, čo sa deje veľmi zriedkavo. Na rozdiel od toho, iónový HiPEP motor môže štartovať kedykoľvek. Jeden z cieľov projektu Prometheus je vypustiť sondu k Jupiteru do roku 2011. Let by mal zabrať najmenej 8 rokov.
Kľúčovými prvkami nového elektrického iónového pohonu sú:
vysoká rýchlosť iónových častíc vyletujúcich z motoru a poháňajúcich ho vpred, metóda produkovania iónov založená na mikrovlnách, ktorá vydrží omnoho dlhšie ako doterajšie technológie, pravouholníkový dizajn, ktorý sa ľahšie dá zväčšiť, na rozdiel od predchádzajúcich kruhových dizajnov.
Technológia iónového pohonu - základ budúcich kozmických letov
V súčasnosti sa čoraz viac budujú sondy a kozmické lode s iónovým pohonom, miesto toho, aby používali konvenčný pohon na raketové palivo (chemický pohon). To je preto, lebo iónové motory vyprodukujú oveľa viac výkonu na rovnaké množstvo paliva a zároveň zabezpečujú rovnomerný ťah, miesto toho, aby dodávali len jednotlivé pulzy, ako to je u raketových motorov.
"Jupiter je taký ďaleký cieľ. Použitím chemického systému sa to jednoducho nedá dosiahnuť," hovorí John Foster, jeden u hlavných tvorcov nového motoru v Glenn Research Center, v meste Cleveland, Ohio.
Konvenčný elektrický iónový motor funguje tak, že bombarduje atómy plynu elektrónmi, čo produkuje ióny. Nabité ióny sú potom akcelerované na vysokú rýchlosť pomocou vysokého napätia a týmto spôsobom vymrštené, čím sa získava jedinečný pohonný ťah.
Nový iónový motor ionizuje plyn Xenón pomocou mikrovĺn. V zadnej časti motora je mriežka nabitá 6000 voltmi elektrického napätia. To ióny elektrostatickým ťahom zrýchľuje na obrovskú rýchlosť a vymršťuje ich von z motora, čo vytvára ťah motora opačným smerom. Pri 12 kilowattoch motora sú rýchlosti týchto iónov 60 000 až 80 000 metrov za sekundu. Iónový motor tak produkuje tlak približne taký, aký vytvára list papiera voľne položený na dlani ruky -- no keď sa spočíta rovnomerné pôsobenie tohoto tlaku za dlhší čas, vytvorí sa veľká rýchlosť, ktorá je tak potrebná pre kozmický pohon budúcnosti.
HiPEP motor sa tak odlišuje od predchádzajúcich iónových motorov, napríklad od toho použitého pri Deep Space One misii, pretože xenónové ióny sú produkované za použitia mikrovĺn a otáčajúcich sa magnetov. Predtým to boli elektróny dodávané katódou, ktoré bombardovali plyn a vytvárali tak jeho ióny. Použitím mikrovĺn sa významným spôsobom zredukovalo opotrebovávanie motora, práve tým, že sa tak vyhlo kontaktu medzi zrýchlenými iónmi a zdrojom elektrónov.
Kozmické lode s nukleárnym reaktorom
Japonská sonda vyslaná za asteroidmi už teraz využíva mikrovlnnú technológiu, no Hayabusa používa malý motor, ktorý nemôže vyprodukovať dostatočný výkon aby doletel až k Jupiteru. HiPEP iónový motor momentálne funguje na 12 kilowattoch, no mal by byť schopný dosiahnuť fungovanie až na 50 kilowattoch.
Konštrukcia mocného dlhotrvajúceho pohonného systému je však len jedným kúskom skladačky ako sa dostať k Jupiteru. Elektrický iónový pohon potrebuje zdroj elektrickej energie, aby mohol fungovať. V niektorých prípadoch, najmä pri malých iónových motoroch nevyžadujúcich veľmi vysoké napätie, bude možné využiť solárnu energiu. V iných prípadoch elektrickú energiu dodá malý nukleárny reaktor. Nový iónový motor takého rozmeru, aby dostal loď až k Jupiteru, si definitívne bude vyžadovať takýto nukleárny reaktor na palube lode. Táto časť projektu Prometheus len začína -- a je treba zobrať do úvahy bezpečnostné predpisy, miniaturizáciu celého nukleárneho zariadenia a typ paliva využitého v ňom.
Autor: Marek Tyler : 1.12.2003