Direct Fusion Drive - Direct Fusion Drive

Jeden puls rotujícího magnetického pole konfigurace Princetonově obráceného pole (PFRC 2 ) zařízení během testování

Direct Fusion Drive (DFD) je konceptuální nízká radioaktivita, jaderná fúze raketový motor určené k výrobě obou tah a elektrická energie pro meziplanetární kosmické lodě. Koncept je založen na Princetonský reverzní konfigurační reaktor vynalezl v roce 2002 Samuel A. Cohen a je modelován a experimentálně testován na Laboratoř fyziky plazmatu Princeton, americké ministerstvo energetiky, a modelováno a hodnoceno Princeton Satellite Systems. Od roku 2018 se koncept přesunul do fáze II[je zapotřebí objasnění ] k dalšímu posunutí designu.

Zásada

Direct Fusion Drive (DFD) je koncepční kosmický motor poháněný fúzí, pojmenovaný pro svou schopnost produkovat tah z fúze, aniž by prošel přechodným krokem výroby elektřiny. DFD používá nový magnetický systém a ohřívací systém poháněný směsí helium-3 (He-3) a deuterium (D), produkovat vysoký měrný výkon, proměnný tah a specifický impuls a pohonný systém kosmické lodi s nízkým zářením.[1] Fúze se stane, když atomová jádra, zahrnující jeden druh v horkém stavu (100 keV nebo 1120 000,00 K) plazma, soubor elektricky nabitých částic, který zahrnuje elektrony a ionty, se připojí (nebo pojistka ) společně, uvolňující obrovské množství energie. V systému DFD je plazma uzavřena v magnetickém poli podobném torusu uvnitř lineární solenoidové cívky a je zahřívána rotujícím magnetickým polem na teploty fúze.[1] Bremsstrahlung a synchrotronové záření emitované z plazmy jsou zachyceny a převedeny na elektřinu pro komunikaci, udržování stanic kosmických lodí a udržování teploty plazmy.[2] Tento design používá speciálně tvarovaný rádiové vlny (RF) „anténa“ k ohřevu plazmy.[3] Součástí konstrukce je také dobíjecí baterie nebo deuterium -kyslíková pomocná napájecí jednotka pro spuštění nebo restart DFD.[1]

Zachycená vyzařovaná energie ohřívá na 1 500 K (1 230 ° C; 2 240 ° F) kapalinu He-Xe, která proudí mimo plazmu ve struktuře obsahující bór. Tato energie je vedena uzavřenou smyčkou Braytonův cyklus generátor, který jej transformuje na elektřinu pro použití při napájení cívek, napájení vysokofrekvenčního ohřívače, nabíjení baterie, komunikace a udržování funkcí stanice.[1] Přidání hnacího plynu k okrajovému plazmatickému toku vede k proměnné tah a specifický impuls, když jsou směrovány a zrychleny a magnetická tryska; tento tok hybnosti kolem trysky je převážně nesen ionty jak se rozpínají magnetickou tryskou a dále, a tak fungují jako iontový propeler.[1]

Rozvoj

Konstrukce experimentálního výzkumného zařízení a většina jeho raných operací byla financována americkým ministerstvem energetiky. Nedávné studie - Fáze I a Fáze II - jsou financovány z NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC).[3] Série článků o konceptu byla publikována v letech 2001 až 2008; první experimentální výsledky byly hlášeny v roce 2007. Četné studie misí kosmických lodí (fáze I) byly publikovány od roku 2012. V roce 2017 tým uvedl, že „Studie ohřevu elektronů touto metodou překonaly teoretické předpovědi a experimenty k měření iontového ohřevu ve stroji druhé generace probíhají. “[1] Od roku 2018 se koncept přesunul do fáze II, aby se design dále posunul.[4][5] Jednotka v plné velikosti by měřila přibližně 2 mv průměru a 10 m dlouhé.[6]

Stephanie Thomasová je viceprezidentkou Princeton Satellite Systems a hlavní řešitelkou pro Direct Fusion Drive.[7]

Předpokládaný výkon

Analýzy předpovídají, že Direct Fusion Drive by produkoval mezi 5-10 Newtonů[1] tah na každého MW generované fúzní síly,[5] s specifický impuls (Jásp) asi 10 000 sekund a 200 kW k dispozici jako elektrická energie.[4] Přibližně 35% energie z fúze jde do tahu, 30% do elektrické energie, 25% ztraceno teplem a 10% je recirkulováno pro RF ohřev.[1]

Modelování ukazuje, že tato technologie může potenciálně pohánět kosmickou loď s hmotností přibližně 1 000 kg (2200 lb) Pluto za 4 roky.[4] Vzhledem k tomu, že DFD poskytuje energii i pohon v jednom integrovaném zařízení, poskytl by po příletu také užitečné energie až 2 MW, což rozšiřuje možnosti výběru nástroje, laserová / optická komunikace,[1][4] a dokonce přenášet až 50 kW energie z orbiteru na lander prostřednictvím a laser paprsek pracující při vlnové délce 1080 nm.[1]

Konstruktéři si myslí, že tato technologie může radikálně rozšířit vědecké schopnosti planetárních misí.[4] Tato technologie dvojího výkonu / pohonu byla navržena pro použití na a Pluto mise orbiter a lander,[1][4] stejně jako integrace na Kosmická loď Orion přepravovat a mise s posádkou na Mars v relativně krátkém čase[8][9] (4 měsíce místo 9 se současnou technologií).[6]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d E F G h i j k Pluto Orbiter a přistávací modul umožňující fúzi - závěrečná zpráva fáze I. (PDF) Stephanie Thomas, Princeton Satellite Systems. 2017.
  2. ^ [1]. Yosef S. Razin, Gary Pajer, Mary Breton, Eric Ham, Joseph Mueller, Michael Paluszek, Alan H. Glasser, Samuel A. Cohen. Acta Astronautica. Svazek 105, číslo 1, prosinec 2014, strany 145-155. doi:10.1016 / j.actaastro.2014.08.008.
  3. ^ A b Quad Fusion Drive Direct Chart. Satelitní systémy Princeton. Přístup: 18. července 2018.
  4. ^ A b C d E F Hall, Loura (5. dubna 2017). „Pluto Orbiter a přistávací modul umožňující fúzi“. NASA. Citováno 14. července 2018.
  5. ^ A b Jaderný a budoucí letový pohon - modelování tahu pohonu přímé fúze. Stephanie J. Thomas, Michael Paluszek, Samuel A. Cohen, Alexander Glasser. Konference o společném pohonu 2018, Cincinnati, Ohio. doi:10.2514/6.2018-4769
  6. ^ A b Jak Direct Fusion Drive (DFD) způsobí revoluci v kosmickém cestování. Zain Husain, BrownSpaceman. 1. října 2016.
  7. ^ Technická animace Direct Fusion Drive. Satelitní systémy Princeton. Zpřístupněno 18. července 2018.
  8. ^ Direct Fusion Drive to Mars - FISO Talk. Satelitní systémy Princeton. 8. srpna 2013. Přístup: 18. července 2018.
  9. ^ Chystáte se na Mars přes Fusion Power? Mohlo by být. Michael D. Lemonick, Čas. 11. září 2013.

externí odkazy