Hoe Plasma-Raketten Werken

{h1}

Wat als we in 40 dagen naar mars zouden kunnen gaan in plaats van zeven maanden? Het kan gebeuren als we plasma-raketten gebruiken. Meer informatie op WordsSideKick.com.

Vijf. Four. Drie. Twee. Een. Schiet op! In de lucht schiet een raketschip, snel voorbij onze atmosfeer en in de ruimte. In de laatste halve eeuw zijn mensen verdwenen van alleen maar verbaasd opkijkend naar de sterren die glinsteren in de nachtelijke hemel om maanden achtereen op het Internationale Ruimtestation te leven tussen de hemellichamen. En terwijl mensen een voet op de maan hebben gezet, is het landen ergens verder weg alleen gereserveerd voor onbemande vaartuigen en robots.

Een plek waar mensen erg geïnteresseerd in zijn is Mars. Afgezien van de werkelijke uitdagingen van landen en uitgaven op een plaats die niet verwelkomend is als de rode planeet, is er de grote hindernis om er daadwerkelijk te geraken. Gemiddeld ligt Mars ongeveer 140 miljoen mijl (225,3 miljoen kilometer) vanaf de aarde. Zelfs op het dichtstbijzijnde punt is het nog steeds zo'n 56 miljoen mijl (56,3 miljoen kilometer) verwijderd van onze planeet [bron: St. Fleur]. Het gebruik van de conventionele chemische raketten die ons doorgaans naar de ruimte brengen, zou minstens zeven maanden kosten om er te komen - niet bepaald een korte tijd [bron: Verhovek]. Is er een manier om het sneller te doen? Betreed de plasma-raket!

In plaats van conventionele raketbrandstof te gebruiken, hebben wetenschappers en ingenieurs zich gericht op de belofte van plasma-raketten om ons voort te stuwen naar de verdere uithoeken van de ruimte. In dit type raket wordt een combinatie van elektrische en magnetische velden gebruikt om de atomen en moleculen van een drijfgas af te breken in een verzameling deeltjes die ofwel een positieve lading (ionen) of een negatieve lading (elektronen) hebben. Met andere woorden, het drijfgas wordt een plasma.

In veel configuraties van deze motor wordt vervolgens een elektrisch veld aangelegd om de ionen uit de achterkant van de motor te duwen, die het ruimtevaartuig in de tegenovergestelde richting aandrijven [bron: Zyga]. Met deze geoptimaliseerde technologie zou een ruimteschip theoretisch een snelheid van 123.000 mph (198.000 km / u) kunnen bereiken [bron: Verhovek]. Met die snelheid zou je in een minuut van New York naar Los Angeles kunnen komen!

Plasma: de vierde toestand van de materie

Plasma: de vierde toestand van de materie

Een man controleert 's werelds grootste HD LCD-TV op een congres in Berlijn. Plasma-tv's zijn nu heel gebruikelijk. snapshot-fotografie / ullstein bild via Getty Images

De wereld is meestal verdeeld in drie toestanden van materie: vast, vloeibaar en gas. Als de materie koud is, is het solide. Naarmate het warmer wordt, verandert het in een vloeistof. Als er meer warmte wordt toegepast, krijg je een gas. Het verhaal houdt echter niet op. Als je nog meer warmte toevoegt, krijg je - plasma! De extra energie en warmte breken de neutrale atomen en moleculen in het gas uiteen in typisch positief geladen ionen en negatief geladen elektronen. De geladen deeltjes geven plasma interessante geleidende eigenschappen, dus wordt plasmatechnologie gebruikt om allerlei soorten items te maken die we dagelijks gebruiken. Computerchips, neonreclames, zelfs de metalen coating aan de binnenkant van een zak chips worden gemaakt met behulp van plasmatechnologie. En natuurlijk is er de plasmatelevisie die plasma gebruikt om lichte fotonen vrij te geven, waardoor je een kleurendisplay van pixels op je scherm krijgt. In feite bevindt 99 procent van de gewone materie zich in de plasmastatus [bron: Charles].

De meeste sterren, inclusief onze zon, zijn gemaakt van plasma. Als het zo veel voorkomt in het universum, waarom zien we het dan niet veel op aarde? Nou ja, eigenlijk wel. De noordelijke en zuidelijke lichten worden gemaakt door zonnewinden. En wat zijn zonnewinden? Plasma! OK, niet iedereen heeft het geluk om deze spectaculaire lichtschermen te zien, maar je kunt plasma in actie zien tijdens een ander geweldig lichtspel van nature: een onweersbui. Terwijl de bliksemstroom door de lucht stroomt, levert het zoveel energie aan de moleculen op zijn pad dat de gassen in het bliksemtraject daadwerkelijk worden omgezet in plasma.

Plasmatechnologie is ook in raketten gebruikt om ons door de ruimte heen te helpen en het is de meest belofte om mensen naar plaatsen te leiden waar we voorheen alleen maar van konden dromen. Deze raketten moeten in het vacuüm van de ruimte zijn om te werken, omdat de dichtheid van lucht nabij het aardoppervlak de versnelling van de ionen in het plasma die nodig zijn om stuwkracht te creëren, vertraagt, dus we kunnen ze niet echt gebruiken om van de lucht te stijgen aarde. Sommige van deze plasmamotoren werken al sinds 1971 in de ruimte. NASA gebruikt ze meestal voor onderhoud aan het internationale ruimtestation en satellieten, evenals de belangrijkste bron voor voortstuwing in de diepe ruimte [bron: NASA].

Soorten plasma-raketten

Soorten plasma-raketten

Costa Ricaanse astronaut en fysicus Franklin Chang Diaz legt de evolutie van zijn plasmamotorproject uit. MAYELA LOPEZ / AFP / Getty Images

Alle plasma-raketten werken volgens hetzelfde principe: elektrische velden en magnetische velden werken zij aan zij om eerst een gas - meestal xenon of krypton - om te zetten in plasma en vervolgens de ionen in het plasma uit de motor te accelereren met meer dan 45.000 km / u ( 72.400 km / u), waardoor een stuwkracht wordt gecreëerd in de richting van de gewenste reis [bron: Science Alert]. Er zijn veel manieren waarop deze formule kan worden toegepast om een ​​werkende plasmaret te maken, maar er zijn drie typen die opvallen als de beste en meest veelbelovende [bron: Walker].

Hall thrusters zijn een van de twee soorten plasmamotoren die momenteel regelmatig in de ruimte worden gebruikt. In dit apparaat zijn elektrische en magnetische velden op een loodrechte manier opgesteld in de kamer. Wanneer elektriciteit door deze duelvelden wordt gestuurd, beginnen de elektronen supersnel in cirkels rond te suizen.Terwijl het drijfgas in het apparaat wordt gespoten, slaan de elektronen met hoge snelheid elektronen af ​​van de atomen in het gas, waardoor een plasma wordt gevormd dat bestaat uit de vrije elektronen (die negatieve ladingen dragen) en de nu positief geladen atomen (ionen) van het drijfgas. Deze ionen worden uit de achterkant van de motor geschoten en creëren de stuwkracht die nodig is om de raket vooruit te stuwen. Terwijl de twee processen van ionisatie en versnelling van de ionen in stappen plaatsvinden, vinden ze plaats binnen dezelfde ruimte in deze motor. Hall thrusters kunnen een aanzienlijke hoeveelheid stuwkracht genereren voor het gebruikte ingangsvermogen, zodat ze ongelooflijk snel kunnen gaan. Maar er zijn grenzen aan hun brandstofefficiëntie.

Wanneer NASA op zoek is naar een motor die zuiniger is, draait hij in plaats daarvan naar gerasterde ionenmotoren. In dit veel gebruikte apparaat bevinden zich langs de wanden van de motorruimte elektrische en magnetische velden. Wanneer elektrische energie wordt toegepast, oscilleren hoogenergetische elektronen in en langs de magnetische velden nabij de wanden. Op een vergelijkbare manier als de Hall thruster kunnen de elektronen het drijfgas in een plasma ioniseren. Om de volgende stap te maken om stuwkracht te creëren, worden elektrische roosters aan het einde van de kamer geplaatst om de ionen te versnellen. In deze motor gebeuren ionisatie en versnelling in twee verschillende ruimtes. Hoewel de gerasterde ionenmotor zuiniger is dan een Hall Thruster, is het nadeel dat het niet zoveel stuwkracht per oppervlakte-eenheid kan genereren. Afhankelijk van het soort baan dat ze willen doen, kiezen wetenschappers en ruimtevaartingenieurs welke motor het best bij de missie past.

Ten slotte is er het derde type motor: VASIMR, afkorting voor Variabele specifieke impuls Magnetoplasma Raket. Deze raket, ontwikkeld door voormalig astronaut Franklin Chang Diaz, bestaat nu alleen nog in de testfase. In dit apparaat worden de ionen gemaakt via radiogolven die worden gegenereerd door een antenne om het plasma te vormen. Een andere antenne verderop stroomopwaarts voegt energie toe die ervoor zorgt dat de ionen heel snel in een cirkel ronddraaien. Een magnetisch veld geeft richting, zodat de ionen in een rechte lijn uit de motor worden gelaten, waardoor de stuwkracht wordt geleverd. Als het werkt, heeft deze raket een enorm gasbereik, iets dat de Hall Thruster en de ionenroostermotor niet zo gemakkelijk kunnen bereiken.

Volgende stop... Mars?

Conventionele raketten zijn geweldig en hebben ons ver gebracht, maar ze hebben hun beperkingen. Deze raketten werken ook op basis van stuwkracht: de motor verbrandt brandstof, waardoor een gas onder hoge druk ontstaat dat met hoge snelheid uit het mondstuk van de raket wordt geforceerd en de raket in de tegenovergestelde richting wordt aangedreven [bron: hersenen]. Raketbrandstof is echter erg zwaar en super inefficiënt. Het kan niet genoeg kracht leveren om snel plaats te nemen. De raketbrandstof wordt verbrand in een poging om van de aarde te komen en in een baan om de aarde te komen, en dan wordt het ruimteschip in feite gedwongen om gewoon naar de kust te gaan [bron: Verhovek].

Een plasma-raket verbruikt daarentegen veel minder brandstof dan deze conventionele motoren - 100 miljoen keer minder brandstof, in feite [bron: Science Alert]. Het is zo zuinig dat je van de omloopbaan van de aarde naar de baan van de maan kunt gaan met slechts ongeveer 30 gallon (113 liter) gas [bron: Charles]. Plasma-raketten versnellen geleidelijk en kunnen een maximale snelheid bereiken van 55 kilometer per seconde gedurende 23 dagen, wat vier keer zo snel is als een chemische raket [bron: Verhovek]. Minder reistijd betekent minder risico dat het schip mechanisch faalt en dat astronauten worden blootgesteld aan zonnestraling, botverlies en spieratrofie. Met VASIMR zal de voortstuwing ook theoretisch beschikbaar zijn gedurende de hele reis, wat betekent dat veranderingen in richting op elk moment mogelijk kunnen zijn.

Om op dit moment realistisch te zijn, is reizen naar Mars in een korte tijd nog ver verwijderd. Het bereiken van dit soort extreme afstanden vereist veel kracht. De meeste Hall thrusters en gerasterde ionenmotoren draaien op ongeveer 5 kilowatt vermogen. Om de niveaus van kracht te bereiken, moet je Mars binnen ongeveer 40 dagen bereiken, dan heb je minstens 200 keer dat bedrag nodig [bron: Walker]. De meest levensvatbare energiebron om deze hoeveelheid kracht te genereren in de ruimte zijn kernenergiebronnen die in de motor zijn ingebouwd. Op dit moment vormt het plaatsen van een nucleaire krachtbron op een raket die we van de aarde in de ruimte schieten echter te veel bedreiging van stralingsblootstelling in het geval van een crash.

Dus de krachtbron om die afstanden te bereiken blijft een grote uitdaging. Om nog maar te zwijgen over de onzekerheid over hoe het menselijk lichaam zou reageren op een reis van 54 kilometer per seconde (in tegenstelling tot de 4,7 kilometer of 7,5 kilometer per seconde reizen astronauten naar een lagere baan om de aarde in conventionele raketten) [bronnen: Verhovek], Northwestern University Qualitative Reasoning Group]. Maar in theorie hebben deze motoren voldoende vermogen om over ongeveer 40 dagen Mars te bereiken, een prestatie waarvan we 50 jaar geleden niet hadden durven dromen.

Notitie van de Auteur: Hoe Plasma-raketten werken

Eerst las ik 'The Martian' en nu heb ik dit artikel geschreven. Ik ben nog nooit zo jazzed geweest over Mars! Ik ben er niet zeker van of ik er zelf heen zou willen gaan, maar meer kracht voor de astronauten die ooit op de rode planeet zullen lopen!


Video Supplement: SPY CAR SHOCK HANDLE! ⚡ 40,000V ⚡.




Onderzoek


Eerste Beelden Van Sneeuwluipaarden In Siberië
Eerste Beelden Van Sneeuwluipaarden In Siberië

Waarom Lanceren Raketten Vanuit Florida?
Waarom Lanceren Raketten Vanuit Florida?

Science Nieuws


Oude Romeinse Weg Blootgelegd In Jeruzalem
Oude Romeinse Weg Blootgelegd In Jeruzalem

Hoe Begon Het Universum?
Hoe Begon Het Universum?

Soedan, De Laatste Mannelijke Noordelijke Witte Neushoorn, Is Gestorven
Soedan, De Laatste Mannelijke Noordelijke Witte Neushoorn, Is Gestorven

Je Zou Snel Een 'Kunstmatige Meteorenregen' Kunnen Kopen Voor Een Goede Prijs
Je Zou Snel Een 'Kunstmatige Meteorenregen' Kunnen Kopen Voor Een Goede Prijs

Hoe Helpt Cafeïne Atleten Te Helpen?
Hoe Helpt Cafeïne Atleten Te Helpen?

WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com