Elkészült a Roszatom plazma rakétahajtóművének prototípusa
Bolygóközi utazások küszöbén
A Roszatom tudósai elkészítették a plazma-rakétahajtómű laboratóriumi prototípusát, amely mágneses plazmagyorsítón alapul – adta hírül az orosz vállalat. A forradalmi hajtómű 1-2 hónapra rövidítené le az eljutást a Marsra, ami hagyományos rakétahajtóművel egy évig tartana. Számos országban régóta fejlesztik az űrutazást felgyorsító új technológiát, befejezni ugyanakkor sehol sem sikerült, így könnyen lehet, hogy az orosz állami atomenergetikai vállalat lesz majd a befutó.
„A Roszatom tudósai elkészítették a plazma-rakétahajtómű laboratóriumi prototípusát, amely mágneses plazmagyorsítón alapul és megnövelt tolóerő-paraméterekkel (legalább 6 newton) és nagy fajlagos impulzussal (legalább 100 km/másodperc) rendelkezik. A plazmahajtóművet az oroszországi nukleáris tudományos, mérnöki és technológiai fejlesztésekre irányuló átfogó program keretében hozták létre” – adta hírül a napokban az orosz állami atomenergetikai vállalat. A hír jelentősége óriási, a plazmahajtóművek egyik fő előnye ugyanis a nagy hatékonyság és a hosszú működési idő, illetve hogy kevesebb üzemanyaggal is hosszabb ideig képesek tolóerőt szolgáltatni. Ez jelentős előny a bolygóközi utazásoknál, ahol a hagyományos hajtóművekhez képest jelentősen csökkenthető az utazási idő.
A jövő hajtóműve
A Demokrata megkérdezte a Roszatomot, hol tartanak a fejlesztéssel, és a következő választ kaptuk: „A plazmaelektromos reaktív hajtómű prototípusának kifejlesztése az űrkutatás terén olyan lépés volt, amivel a Roszatom hozzájárult az orosz nemzeti űrprogramhoz, lehetővé téve a jövőben a Mars bolygóra történő eljutást. A fejlesztés az új atom- és energetikai technológiák elnevezésű, Oroszország műszaki vezető szerepét biztosítani hivatott nemzeti projekt keretében valósul meg. A prototípust kifejlesztő tudósok jelenleg a plazmahajtómű laboratóriumi körülmények között lefolytatandó tesztjére készülnek. A komplex fejlesztés eredménye egy plazmahajtóművel felszerelt űrhajó lesz, amely képes arra, hogy a Mars-expedíció legénységégét 1-2 hónap alatt célba juttassa (a jelenleg használt rakétahajtóművekkel ez egy évet venne igénybe).” Ebből egyebek mellett az is kiderül, hogy házon belül készül az űrhajó is, amelybe majd a forradalmian új hajtóművet beépítik…
A plazmahajtómű olyan űrutazásra fejlesztett rendszer, amely ionizált gázt, azaz plazmát használ tolóerő gerjesztésére. Rádiófrekvenciás energiával hevítik fel a hajtóanyagot, például hidrogént vagy nemesgázokat (argon, xenon), majd mágneses terekkel gyorsítják fel a plazmát akár másodpercenként 100 kilométerre, ami jelentős tolóerőt eredményez. Ez a kiáramlási sebesség lényegesen meghaladja a hagyományos rakéták másodpercenkénti 4,5 kilométeres értékét, ráadásul a kémiai rakétákkal szemben a plazmahajtómű folyamatos működésre képes, amíg elegendő energia és hajtóanyag áll rendelkezésre. A plazmahajtóművek egyik fő előnye a nagy hatékonyság és a hosszú működési idő, mivel kevesebb üzemanyaggal is hosszabb ideig képesek tolóerőt biztosítani. A fejlesztés során ugyanakkor számos technikai kihívással kell szembenézni. Ezek közé tartozik a nagy elektromosteljesítmény-igény, a megfelelő energiaforrás, valamint a hajtómű alkatrészeinek hűtése és tartóssága. A Roszatom például egy 300 kilowatt teljesítményű hajtómű prototípusán dolgozik, amelyet 2400 órás üzemidőre terveznek, ez már bőven elegendő lenne egy Mars-utazáshoz.
Sokan próbálkoznak
Az orosz hajtómű világszerte közel sem az egyedüli, az Egyesült Államokban a NASA és a houstoni Ad Astra Rocket Company már húsz éve közösen fejleszteti a Vasimr (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) nevű plazmahajtóművet. A laboratóriumi tesztek során igazolták a hajtómű működőképességét, és a tervek szerint 39-45 nap alatt képes lenne eljuttatni egy űrhajót a Marsra. Az első űrbeli tesztelést 2014-re tervezték, azonban a projekt a mai napig számos kihívással küzd, elsősorban azzal, hogy bár rendkívül hatékony üzemanyag-felhasználást tud felmutatni, alacsony a tolóereje, és még így is hatalmas az energiaigénye – a VX-200 prototípus például 200 kilowattos fogyasztásával nehezen lenne a gyakorlatban is használható, mivel a hagyományos űr-energiaforrások, azaz a napelemek vagy a radioizotóp-termogenerátorok egyszerűen nem képesek ekkora teljesítményt nyújtani. A probléma megoldásán folyamatosan dolgoznak, tavaly a továbblépés érdekében összefogtak a Space Nuclear Power Corporationnel. A nukleáris fúziós erőművekkel foglalkozó startup 2018-ban sikeresen tesztelt egy olyan rendszert, amely legalább tíz évig folyamatosan 10 kilowatt áramot képes termelni, ezzel már el lehet indulni, a nukleáris reaktorok és plazmahajtóművek kombinációja pedig jelentős áttörést ígér. Ugyanakkor a partnerség kezdeti stádiumban van, és konkrét ütemtervet még nem állapítottak meg. Az első Föld körüli demonstráció végrehajtását a 2020-as évek végére, a kereskedelmi forgalomba lépést a 2030-as évekre tervezik.
Ennél ígéretesebb a Roszatom fejlesztése, amelynek változtatható impulzussűrűségű üzemmódjában a mágnesplazma-rakétahajtás teljesítménye eléri a 300 kilowattot. A készülő plazmahajtómű és más hasonló eszközök prototípusának tesztelésére kísérleti állomást építettek Troickban, amelynek kulcsfelszerelése egy vákuumkamra, amelynek átmérője 4, hossza pedig 14 méter. A kamrát a tervek szerint egyedi, nagy teljesítményű vákuumszivattyús és hőelvezető rendszerekkel szerelik fel, amellyel a világűrbeli körülményeket tudják szimulálni.
Az Európai Űrügynökség (ESA) is érdeklődik a plazmahajtóművek iránt, igaz, leginkább csak a kis méretű műholdak manőverezési képességeinek javítása céljából. A japán Tohoku Egyetem és az Ausztrál Nemzeti Egyetem kutatói áttörést értek el a fejlesztésben. Közösen dolgoztak ki egy helicon double-layer thruster (HDLT) nevű prototípust, amely rádiófrekvenciás váltakozó áramot használ a gáz ionizálására és plazma előállítására. A kutatók sikeresen csökkentették a táguló plazmák és a semlegesített leváló ionok eltérését, ami eddig akadályozta a hatékony tolóerő előállítását, de ez részeredmény csupán. Kína szintén jelentős erőfeszítéseket tesz az űrtechnológia fejlesztésében, beleértve a rakétahajtóművek területét is. Bár a kínai plazmahajtómű-fejlesztésekről jelenleg kevés konkrétumot tudunk, ismeretes, hogy az ázsiai nagyhatalom intenzíven dolgozik az űrtechnológia különböző területein, és valószínűleg folytat kutatásokat a plazmahajtóművek fejlesztése terén is.
Kell egy jó űrhajó is
Jegyezzük meg, akárhol születik majd meg a működőképes, beépítésre alkalmas plazmahajtómű, ott egyből fel fog merülni a kérdés, hogy milyen űreszközbe építsék be, ehhez ugyanis speciális űrhajóra lesz szükség. A plazmahajtómű működése során jelentős hő termelődik, ezért az űrhajó tervezésénél gondoskodni kell a megfelelő hőelvezetésről és hűtési rendszerekről, hogy megakadályozzák a túlmelegedését és biztosítsák a hajtómű optimális működését. A plazmahajtóművek általában speciális hajtóanyagokat, például nemesgázokat használnak. Az űrhajónak így rendelkeznie kell megfelelő tárolókapacitással és rendszerekkel ezen anyagok biztonságos kezelésére és adagolására, egyszóval az űrjármű tervezését a hajtómű specifikus követelményeihez kell igazítani.
Persze van még idő a megfelelő űrhajó megépítésére, ugyanis a tudósok és iparági szereplők előrejelzései alapján az első működőképes plazmahajtómű űrbéli tesztelésére és gyakorlati alkalmazására a 2030-as évek elejéig várnunk kell. Megéri, hiszen ez a fejlesztés forradalmasíthatja a bolygóközi utazást.
