Atmosferik gazla çalışan yeni bir plazma motoru geliştirildi

Stuttgart Üniversitesi araştırmacısı Francesco Romano, Dünya'nın seyrek atmosferini çalışma maddesi olarak kullanabilen deneysel bir plazma motoru geliştirdi. ixbt.com'un haberine göre bu teknoloji, gelecekte uyduların ksenon yakıtına ihtiyaç duymadan çok düşük yörüngelerde yıllarca çalışmasına olanak tanıyabilir. Bu konuda Ixbt.com haber veriyor.

Bu çalışma, Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP) sınıfına girmektedir ve çalışma prensibi, uydunun uçuş sırasında üst atmosferdeki molekül ve atomları toplayıp iyonlaştırmasına dayanmaktadır. Oluşturulan plazma, elektromanyetik alan yardımıyla hızlandırılarak reaktif itki kuvveti üretir.

Yeni teknolojinin avantajları

Bu tür motor sistemleri, özellikle 100–450 kilometre yükseklikteki çok düşük Dünya yörüngeleri (VLEO) için büyük ilgi uyandırmaktadır. Uydu Dünya'ya ne kadar yakınsa, o kadar detaylı görüntüler alabilir; radar ve iletişim sistemleri ise daha az güç gerektirir. Ayrıca, görev sona erdikten sonra araç yörüngeden daha hızlı çıkarak uzay çöpü miktarını azaltır.

Ancak VLEO yörüngelerinin temel sorunu, kalıntı atmosferin yarattığı dirençtir. Bu yüksekliklerde bile uydular yavaş yavaş yavaşlar ve çalışma maddesi harcayarak hız kaybını sürekli telafi etmek zorunda kalır. Yeni cihaz ise tam olarak bu aerodinamik direnci oluşturan seyrek gazı çalışma maddesi olarak kullanmayı teklif ediyor.

Teknik zorluklar ve çözümler

En büyük engel, üst atmosferin son derece aktif bir bileşeni olan atomik oksijen olmuştur; çünkü bu madde, geleneksel plazma motorlarının elektrotlarını, katotlarını ve diğer bileşenlerini aşındırma özelliğine sahiptir. Bu sorunu çözmek amacıyla Romano, harici nötrleştiricisi olmayan temassız radyo frekanslı helikon motorunu geliştirdi. Manyetik alan, kuazineytral plazma akışını şekillendirerek en hassas bileşenlerden birinden vazgeçilmesini sağlar.

Proje kapsamında hava giriş sistemi oluşturulmasına da özel önem verildi. Test edilen üç seçenek arasında, geri yansıtıcı parabolik yüzeye sahip tasarım en verimli olanı olarak belirlendi. Deneyler sırasında gelen atomik oksijen, azot ve argon parçacıklarının yaklaşık yüzde 94,3'ünü topladı.

Plazma oluşturmak için tıbbi MRI anten tasarımından esinlenerek hazırlanan bir 'birdcage' anten kullanılmaktadır. Testler sırasında, iletilen yüksek frekanslı gücün yüzde 99'una kadarının motorun plazma oluşturma bölgesine aktarıldığı tespit edildi.

Vakum odasında cihaz, sadece 50–60 W güçte kararlı bir şekilde plazma üretti. Bilim insanları, Dünya'nın üst atmosferine özgü gazların bileşimini ve konsantrasyonunu modellediler. Hesaplamalar, bu motorla donatılmış tam ölçekli bir uydunun, güneş panellerinin sağlayabileceği 1,6 kW'dan daha az elektrik enerjisi kullanarak 190–250 km yükseklikteki yörüngeyi koruyabileceğini göstermektedir.