Charles dan tim ANU HDLT. Kredit gambar: ANU. Klik untuk memperbesar.
Dengarkan wawancara: Plasma Thruster Prototype (5,5 MB)
Atau berlangganan ke Podcast: universetoday.com/audio.xml
Fraser: Bisakah Anda memberi saya latar belakang tentang teknologi pendorong yang Anda temukan?
Dr. Christine Charles: Oke, thruster ini disebut HDLT, yang merupakan kependekan dari Helicon Double Layer Thruster, dan ini merupakan jenis aplikasi pendorong plasma baru ke dalam perjalanan luar angkasa. Dan latar belakang adalah keahlian kami dalam teknologi plasma, plasma ruang angkasa, pemrosesan plasma untuk merawat permukaan dan berbagai aplikasi lainnya.
Fraser: Jadi, mesin favorit dari penjelajahan ruang angkasa saat ini adalah mesin ion, yang telah menunjukkan kinerja yang cukup baik sebagai mesin yang efisien bahan bakar. Bagaimana mesin yang sedang Anda kerjakan berhubungan dengan mesin ion? Bisakah Anda memberi orang konteks?
Charles: Ya, ada beberapa aspek umum dan beberapa aspek yang sangat berbeda. Jadi, pertama-tama mesin ion telah berhasil dikembangkan untuk masa lalu - saya tidak tahu - sekitar 50 tahun. Ini berkembang cukup baik sekarang. Namun pendorong HD memiliki beberapa kelebihan menarik. Pertama, itu tidak menggunakan elektroda apa pun. Jadi di mesin ion, Anda memiliki serangkaian kisi untuk mempercepat ion. Jadi pendorong kami tidak memiliki elektroda, kami memiliki jenis mekanisme percepatan baru yang kami sebut Lapisan Ganda. Inilah sebabnya kami menyebutnya HDLT: Helicon Double Layer Thruster. Ia tidak memiliki elektroda, jadi itu berarti ia memiliki umur yang panjang karena Anda tidak memiliki erosi elektroda. Dan aspek kedua yang sangat penting adalah jika Anda melihat perangkat seperti mesin ion, mereka memancarkan ion. Jadi Anda perlu memiliki sumber elektron eksternal untuk menetralkan ion-ion ini, dan itu umumnya dilakukan dengan memiliki perangkat kedua di sisi pendorong yang disebut perangkat katoda berongga. Sebenarnya Anda memiliki dua perangkat pada mesin ion. Dan seringkali karena mereka takut bahwa perangkat katoda berongga ini mungkin gagal, mereka memakai dua dari mereka untuk meningkatkan masa pakai. Tetapi dalam HDLT, kita sebenarnya memancarkan plasma, yang dengan sendirinya mengandung sinar ion supersonik. Jadi kita memiliki berkas ion supersonik, yang merupakan sumber utama gaya dorong saat keluar dari thruster, tetapi kita juga memiliki plasma yang memancarkan cukup elektron untuk menetralkan sinar tersebut. Jadi kita tidak membutuhkan perangkat eksternal ini yang merupakan penetralisir. Itu sangat bagus karena dapat memberikan keamanan, dan kesederhanaan - tidak ada bagian yang bergerak - sehingga membuat HDLT cukup menarik untuk perjalanan ruang angkasa yang sangat dalam; seumur hidup panjang. Dan keuntungan lain adalah karena kami menggunakan konsep kedua yang disebut plasma helikon, itu adalah cara yang sangat efisien untuk mentransfer listrik ke partikel bermuatan dalam plasma. Itu berarti kita bisa mendapatkan plasma yang sangat padat dengan banyak ion dan kita dapat meningkatkan kekuatan. Jadi, kita mungkin bisa mencapai 100 kilowatt. Ini belum dilakukan di sini dalam prototipe, karena prototipe pertama kami hanya 1 kilowatt. Tetapi percobaan lain menunjukkan bahwa dengan jenis plasma kami, kami dapat benar-benar meningkatkan kekuatan, dan untuk melakukannya dengan mesin ion, pada dasarnya hal utama adalah bahwa ketika Anda bergerak di atas beberapa kilowatt, Anda harus memiliki sekelompok pendorong.
Jadi saya akan mengatakan bahwa ini adalah hari yang sangat awal untuk HDLT, tetapi keuntungan utamanya adalah peningkatan seumur hidup, kesederhanaan, skalabilitas, dan keamanan. Dan juga cukup hemat bahan bakar, yang sangat bagus.
Fraser: Dalam hal kinerja, mesin ion dapat memadamkan beban kertas, tetapi mereka dapat melakukannya selama bertahun-tahun dan membangun daya dorong. Anda mengatakan bahwa Anda bisa mengeluarkan lebih banyak dorongan?
Charles: Saat ini, mesin ion jelas yang terbaik dalam hal daya dorong, untuk kilowatt, saat ini. Dan prototipe HDLT, yang hanya sebuah konsep dan di bawah 1 kilowatt, tidak sesuai dengan dorongan. Jika Anda mengambil contoh mesin ion, biasanya memiliki 100 mili newton untuk satu kilowatt. Kami berbicara mungkin 3-5 kali lebih sedikit saat ini, tetapi Anda harus melihat bahwa kami belum memiliki 20 tahun pengembangan. Ini adalah hari-hari awal, dan kami pasti dapat meningkatkan teknologinya.
Fraser: Dan kemudian seperti yang saya mengerti sekarang, Badan Antariksa Eropa telah mengambil teknologi tersebut dan melakukan beberapa pengujian di rumah. Dan bagaimana hasilnya bagi mereka?
Charles: Oke, mereka punya beberapa proyek. Yang pertama adalah kami mendapat hibah di Australia dari agen pendanaan, dan itu terjadi selama 2004-2005. Dan kami merancang dan membuat prototipe HDLT pertama, yang kami bawa ke ESA April lalu, dan yang kami uji selama sebulan. Kami memiliki dana terbatas sehingga kami tidak dapat mengujinya lebih dari sebulan. Dan ini menunjukkan bahwa semua aspek dari thruster bekerja dengan sempurna. Tapi kami menguji semua kekuatan yang kami bisa, dan kami memiliki tekanan gas yang berbeda, dll. Kami tidak memiliki diagnostik yang kami butuhkan untuk mengukur daya dorong, jadi kami tidak tahu apa daya dorong yang sebenarnya. Daya dorong yang kita miliki adalah apa yang dapat kita ukur dari berkas ion di Australia - itu masih harus dilakukan. Dan itu didasarkan pada konsep lapisan ganda yang sangat baru ini, yang harus kami meyakinkan orang-orang. Dan ESA berpikir itu sangat menarik, sehingga mereka memutuskan untuk memiliki studi independen untuk memvalidasi efek double layer. Ini adalah konsep dasar di balik pendorong; mekanisme akselerasi. Jadi sekarang kita benar-benar harus melihat tentang apa ini.
Apa itu double layer? Anda bisa bayangkan, itu seperti sungai dan tiba-tiba dasar sungai jatuh sehingga air terjun tercipta. Kemudian Anda memiliki ion-ion ini yang jatuh ke air terjun ini, dan dipercepat dan kemudian terhubung ke roket dengan kecepatan gas buang yang besar. Jadi lapisan ganda adalah penurunan potensial dalam plasma. Yang sangat menarik adalah bahwa dalam HDLT, kami tidak memiliki elektroda; plasma hanya memutuskan untuk melakukan ini, dengan menggunakan medan magnet tertentu, yang merupakan botol atau nosel magnetik. Dan itu saja. Jadi itu seperti memiliki air terjun tanpa memompa air melalui. Jadi ini konsep dasarnya.
Jadi ESA memiliki studi independen ini untuk memvalidasi konsep lapisan ganda. Pernahkah Anda melihat siaran pers terbaru?
Fraser: Ya, sudah.
Charles: Jadi ada studi terbaru oleh Australia. Kami memiliki prototipe pertama, dan kami telah menunjukkan beberapa aspek; meskipun, daya dorong belum diukur dalam ruang simulasi ruang. Dan ESA juga telah memvalidasi konsep di balik thruster, yang merupakan konsep lapisan ganda ini. Jadi di situlah kita berada saat ini.
Fraser: Jadi, misi macam apa yang menurut Anda lebih baik untuk thruster HDLT?
Dr. Charles: Itu harus untuk misi jangka panjang di mana Anda dipaksa untuk pergi dengan lambat, tetapi untuk waktu yang lama. Dan itu juga memiliki aspek keamanan yang bagus ini. Ini memiliki potensi untuk digunakan untuk spaceflight berawak. Jadi itu benar-benar untuk misi luar angkasa, atau pergi ke Mars ... hal-hal seperti itu.
Fraser: Begitu. Saya kira salah satu keuntungan utamanya di sini adalah memiliki bagian yang kurang bergerak - bagian yang bisa rusak.
Charles: Dan itu dapat ditingkatkan dalam kekuasaan, yang juga penting. NASA telah membuat simulasi jenis kekuatan apa yang Anda perlukan untuk mengirim manusia ke Mars, dan itu ada dalam kisaran megawatt. Jadi, Anda harus memiliki kekuatan. Anda harus dapat meningkatkan pendorong Anda juga. Mereka harus dapat beroperasi di bawah kekuatan besar untuk melakukan pekerjaan itu. Apa yang dilakukan NASA adalah menunjukkan bahwa jika Anda dapat memiliki pendorong plasma yang tepat, atau roket plasma, Anda dapat mengurangi waktu untuk pergi ke Mars karena jika Anda menggunakan teknologi plasma, Anda dapat menggunakan lintasan geodesik. Jika Anda menggunakan tenaga kimia, Anda akan lebih menyukai lintasan balistik. Jadi, Anda dapat mengurangi waktu perjalanan ke Mars misalnya.
Fraser: Jadi apa langkah selanjutnya untuk penelitian Anda?
Charles: Ya, kami melakukan berbagai hal secara paralel. Kami masih bekerja sangat kuat pada lapisan ganda itu sendiri karena ini adalah jenis fisika yang sangat bagus yang memiliki semua jenis aplikasi lain untuk aurora, atau akselerasi angin matahari, dll. Kami juga memiliki ruang simulasi ruang baru di sini di Universitas Nasional Australia. Dan kami telah memasang prototipe, yang kembali dari ESA, ke dalam ruang simulasi ruang angkasa. Dan kita akan mulai mencoba mengukur keseimbangan dorong dan cara-cara lain, mungkin mulai Januari 2006. Dan mungkin ada berita lain yang terjadi, saya tidak tahu. Kami akan melihat bagaimana kelanjutannya. Kami pasti akan berusaha keras dalam hal ini. Ini sangat menarik karena banyak orang tertarik pada hasilnya.
Informasi Thruster HDLT dari ANU
