Gebruik je vetten als brandstof, neem het niet mee als ballast
De eenvoudigste manier om het voordeel van een ionenverdediger over een raket uit te leggen is door ze te vergelijken in de eenvoudige stijl "Schildpad en de Haas": hoe sneller van de twee - in dit geval de raket - wint niet altijd de race.
"De haas is een chemisch voortstuwingssysteem en een missie waarbij je de hoofdmotor gedurende 30 minuten of een uur kunt afvuren en dan voor het grootste deel van de missie die je uitvoert", vertelt Michael Patterson, senior technoloog voor het NASA-programma voor ruimtevoorstuwingstechnologieën omgekeerde. "Met elektrische voortstuwing, het is net als de schildpad, in dat je gaat erg langzaam in de beginsnelheid van het ruimtevaartuig maar je continu over een zeer lange duur - vele duizenden uren - stuwt en dan het ruimtevaartuig eindigt het oppakken van een zeer grote delta naar snelheid.”
Ionische stuwraketten zullen worden gebruikt in de ESA-missie (European Space Agency) voor Mercury. De BepiColombo (misschien het meest Brits klinkende ruimtevaartuig tot nu toe) zal in 2017 van start gaan, vliegend door Venus in 2019 en 2020, en zal worden gevangen door de zwaartekracht van Mercurius in 2024.
Het ruimtevaartuig zal speciaal ontworpen T6-ionenstuwraketten gebruiken waarmee de ESA de meest binnenste planeet van onze Melkweg kan bestuderen gedurende een missie van bijna zeven jaar. Twee orbiters van de ESA en het Japanse ruimteagentschap (JAXA), ingezet door BepiColombo, zullen ook in staat zijn om het oppervlak van de planeet te analyseren voor één aardse jaar.
De logistiek van de lange reis zou niet mogelijk zijn zonder ionenstuwertechnologie, die Patterson al jaren ontwikkelt als de ontwerpingenieur voor de Deep Space 1 Dawn-missie van NASA en de hoofdonderzoeker van het voortstuwingssysteem van de evolutionaire Xenon-drewster (NEXT) van de NASA. Hij zegt dat de technologie een veel hogere brandstofefficiëntie biedt, het vermogen om langere missies uit te voeren (zoals die van BepiColombo) en een minder kostbare startprocedure. Momenteel zegt hij dat 50 procent van de massa van een raket bestemd is voor chemische drijfgassen.
"Met typische raketstuwraketten, geef je de helft van je lanceervoertuig (massa) op om het drijfgas in de ruimte te duwen om te kunnen duwen wat je wilt pushen naar de volgende locatie", zegt Patterson. "Door dat chemische voortstuwingssysteem aan boord van het ruimtevaartuig te elimineren en elektrische voortstuwing in te zetten, kun je dat aantal drastisch verlagen tot misschien 10, 15 of 20 procent van de totale massa."
Elektrostatische staven met gerasterde stralen, zoals de T6, maken gebruik van xenongas als drijfgas. ESA-voortstuwingsingenieur Neil Wallace zei in een release dat T6-stuwraketten, uitgaande van de "dezelfde hoeveelheid drijfgas", zelfs kunnen accelereren tot een snelheid "15 keer groter dan een conventionele chemische boegschroef."
Het bedenken van kostenefficiënte manieren om raketten te lanceren is natuurlijk de focus geweest van SpaceX, zoals het door Elon Musk opgerichte bedrijf onlangs liet zien dat het raketten kon hergebruiken en ze op drones in de oceaan kon landen.
Echter, ionenaandrijving, die een zegen zal zijn voor ruimteverkenningsbrandstofkosten, is gevorderd met "glaciale" snelheden, benadrukt Patterson.
"De toepassingssnelheid van de technologie door NASA en door de European Space Agency ligt op een vrij laag tempo", zegt hij. "Als we het hebben over consumentenelektronica, tussen concept en toepassing, duurt het negen tot twaalf maanden. De volgende ionenaandrijvingssystemen, die de motoren vervangen die ik deze maand 15 jaar geleden bouwde en testte; we hebben het over de vroegste toepassing ervan in 2021."
NASA, deze week, heeft het in Californië gevestigde bedrijf Aerojet Rocketdyne een contract van 36 maanden toegekend om $ 67 miljoen te ontwikkelen voor de ontwikkeling van ionenmotoren op zonne-energie, die de levensduur van de missie zelfs langer konden verlengen dan de zeer efficiënte, door brandstof aangedreven ionenmotoren aan boord van de BepiColombo.
Voorlopig zullen de T6-ionenstuwers die de EAS BepiColombo-trip aandrijven, samen met wat hulp van zonnestroom- en chemische drijfgasstuwers, vindingrijk genoeg zijn om het ruimtevaartuig gedurende de gehele zevenjarige missie te sturen, terwijl wetenschappers in het verleden om te vertrouwen op de katapultmethode met behulp van de zwaartekracht van een planeet - The Martian stijl.
De missie van EAS komt snel dichterbij en het agentschap heeft zojuist het testen voltooid van de nieuwe T6-stuwraketten, die deze week de grotere broer van de T5 zijn. Patterson zegt dat de NASA ook verschillende ion-stuwraam-gebaseerde missies zal implementeren in de 2020s.
Patterson zegt dat NASA al orbitaal toezicht heeft uitgeoefend op alle "relatief eenvoudige" objecten met chemische voortstuwing, maar dat het ionensystemen nodig heeft om de doelen met hogere waarde te bereiken, zoals kleinere, verder reikende manen en asteroïden die moeilijker kunnen worden rondgedraaid zonder de gestage correctieve vermogens van een ionenstuwer.
"Nu ga je naar meer interessante wetenschap zoals het binnengaan van de banen van de manen van Saturnus of Jupiter of Mars en het doen van intrigerende wetenschap waar het potentieel is om het leven elders te testen," zegt Patterson. "Dat zijn wetenschappelijk hoogwaardige doelstellingen, maar ze zijn echt moeilijk te doen vanuit het oogpunt van voortstuwing."
Europa blaast af naar Mercury - Wat u moet weten over de missie van BepiColombo
Op 20 oktober lanceerde de ESA zijn BepiColombo-missie naar de planeet Mercurius vanuit de ruimtehaven nabij de evenaar in Kourou, Frans Guyana. Voor de komende zeven jaar zal het ruimtevaartuig een reeks lastige manoeuvres uitvoeren voordat het in 2025 definitief Mercurius benadert.
NASA heeft net de thrusters gevonden die (waarschijnlijk) astronauten naar Mars sturen
NASA is helemaal op weg naar Mars, maar als het ruimteagentschap serieus mensen naar de rode planeet stuurt, heeft het de juiste technologie nodig. Introductie: de nieuwe stuwraketten die astronauten de gehele 140 miljoen mijl van de aarde naar Mars zullen voortstuwen. Het thruster-prototype van het tafelbladformaat, genaamd "X3," ...
NASA denkt dat het mensen tegen Mars kan sturen tegen 2033
Tijdens de vergadering van de NASA-adviesraad voor menselijke exploratie en operationele vergaderingen op maandag zei Bill Gerstenmaier, de geassocieerde beheerder van HEO bij het agentschap, dat hij gelooft dat we astronauten in de baan van Mars zouden laten komen - of een korte vlucht van het rood maken planeet - tegen 2033. Volgens de huidige ...