یک نمونه اولیه از پیشرانه یونی جدید به نام پیشرانه مغناطوپلاسمادینامیک تغذیهشده با لیتیوم (MPD) آزمونی حیاتی را در ناسا پشت سر گذاشته است.
این آژانس فضایی امیدوار است که در نهایت این فناوری را با شکافت هستهای ترکیب کند تا نیرو و رانش لازم برای مأموریتهای فضایی طولانی، مانند اعزام انسان به مریخ، تأمین شود.
پیشرانه یونی چیست؟
#پیشرانه یونی با استفاده از یک میدان الکترومغناطیسی، یونها، اتمهای دارای بار الکتریکی، را از طریق یک نازل شتاب میدهد و بدین ترتیب رانش تولید میکند. این فرایند پیشرانه الکتریکی یا پیشرانه یونی نام دارد. چنین موتورهایی قادر به دستیابی به سرعتهای بالا هستند، در حالی که ۹۰ درصد سوخت کمتری نسبت به موتورهای شیمیایی مصرف میکنند و همچنین میتوانند جرم فضاپیما را کاهش دهند.
ناسا از دهه ۱۹۶۰ میلادی استفاده از موتورهای یونی را برای برخی مأموریتهای فضایی آغاز کرد. در سال ۱۹۹۸، پرتاب مأموریت دیپ اسپیس ۱ که از کنار سیارک ۹۶۶۰ بریل عبور کرد، نخستین باری بود که از چنین فناوری در مأموریتهای فراتر از مدار زمین استفاده شد. موتورهای یونی در چندین مأموریت رباتیک بعدی ناسا، آژانس فضایی اروپا و سایر کشورها به کار گرفته شدند. قدرتمندترین موتور یونی که هماکنون توسط ناسا به کار گرفته شده است، در مأموریت سایکی است که در سال ۲۰۲۳ پرتاب شد تا در سال ۲۰۲۹ به سیارک ۱۶ سایکی برسد. این موتور میتواند سرعتی تا ۱۲۴,۰۰۰ مایل (۲۰۰,۰۰۰ کیلومتر) در ساعت تولید کند.
گزارش شده است که پیشرانه جدید MPD آزمایششده، ۲۵ برابر قویتر از موتور فضاپیمای سایکی است. جارد آیزاکمن، مدیر ناسا، در بیانیهای اخیر گفت: «این نخستین بار در ایالات متحده است که یک سیستم پیشرانه الکتریکی در چنین سطوح توان بالایی، تا ۱۲۰ کیلووات، کار میکند. ما به سرمایهگذاریهای استراتژیک ادامه خواهیم داد تا آن گام بزرگ بعدی را ممکن کنیم.»
برخلاف موتورهای یونی معمولی که از گاز زنون به عنوان منبع یون استفاده میکنند، نمونه اولیه پیشرانه MPD جریانهای الکتریکی قوی تولید میکند که با یک میدان مغناطیسی برهمکنش داشته است و یونهای لیتیوم را شتاب میدهد. در پنج آزمون شلیک که در ماه فوریه در داخل تأسیسات خلاء سوخت فلز قابل تراکم (Comet) در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا انجام شد، این پیشرانه به سطح توان ۱۲۰ کیلووات دست یافت. این نخستین آزمونهای شلیک نمونه اولیه موفقیتآمیز ارزیابی شدند.
جیمز پولک، پژوهشگر ارشد آزمایشگاه پیشرانه جت، گفت: «طراحی و ساخت این پیشرانهها در چند سال گذشته مقدمهای طولانی برای این آزمون اولیه بود. این لحظهای بزرگ برای ماست، زیرا نهتنها نشان دادیم که پیشرانه کار میکند، بلکه به سطوح توانی که هدفگذاری کرده بودیم نیز رسیدیم و میدانیم که یک سکوی آزمایشی خوب برای شروع رفع چالشهای مقیاسپذیری داریم.»
هدف بعدی پولک و تیمش در آزمایشگاه پیشرانه جت، تولید سطوح توان بین ۵۰۰ کیلووات تا یک مگاوات با یک موتور یونی است. پس از دستیابی به این هدف، امیدوارند ظرف چند سال آینده، سطح توان چهار مگاوات را هدف قرار دهند.
ترکیب رانش یونی با نیروی شکافت
#هدف نهایی این پژوهش ناسا و آزمایشگاه پیشرانه جت، توسعه فضاپیمایی با استفاده از چندین موتور از این دست برای حمل فضانوردان به مریخ است. برخلاف روش قبلی که از آرایههای خورشیدی برای تأمین نیروی موتورهای یونی استفاده میشد، موتور یونی ایدهآل ناسا توسط یک راکتور کوچک شکافت هستهای نیرو میگیرد که از نظر تئوری قادر به تولید نیروی بیشتری نسبت به پنلهای خورشیدی است.
مفهوم استفاده از راکتور شکافت برای تأمین نیروی موتور یونی قرار است به زودی در پروژه راکتور فضایی-۱ آزادی ناسا آزمایش شود. در این پروژه که قرار است تا پایان سال ۲۰۲۸ پرتاب شود، یک فضاپیما با موتور یونی زنونی که توسط یک راکتور شکافت تغذیه میشود، گروهی از روتورکرافتهای مینیاتوری را به مریخ خواهد برد.
ایدهها و برنامههای بیشتر برای استفاده از نیروی هستهای در مأموریتهای فضایی در یادداشتی از دفتر سیاست علم و فناوری کاخ سفید که در ماه آوریل منتشر شد، شرح داده شده است.
