A Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) mérnökei egy olyan forradalmi meghajtási rendszert fejlesztenek, amely egyesíti a hagyományos kémiai rakéták erejét és gyorsaságát az elektromos hajtóművek precizitásával és üzemanyag-hatékonyságával. Ez az új technológia lehetővé teheti, hogy a kisméretű műholdak sokkal mozgékonyabbak és rugalmasabbak legyenek, hiszen a küldetés adott pillanatától függően képesek lehetnek gyors, nagy erejű manőverekre és lassú, pontos korrekciókra egyaránt.
A rendszer kulcsa egy speciális hajtóanyag, amely egyszerre képes működtetni a kémiai és az elektromos hajtóműveket is. Hagyományosan ezek a meghajtási típusok teljesen különálló, terjedelmes üzemanyagtartályokat igényeltek, ami jelentősen korlátozta a kis műholdak tervezését. Az új megoldással azonban egyetlen tartály elegendő mindkét funkció ellátásához.
„Ha a kémiai és az elektromos meghajtást egyetlen kis csomagba tudjuk sűríteni, az a legjobb mindkét világból” – mondta Amelia Bruno, a tanulmány vezető szerzője, aki korábban az MIT Légiközlekedési és Űrhajózási Tanszékének posztdoktori kutatója volt. „Ez lehetőséget nyit arra, hogy a kis műholdak még több tudományos kísérletet végezzenek, több megfigyelést rögzítsenek, és érdekesebb küldetéseket hajtsanak végre, mindezt kisebb és olcsóbb platformokon.”
Két világ találkozása egyetlen hajtóanyagban
A kutatás középpontjában az ASCENT nevű, úgynevezett „zöld monopropelláns” áll, amelyet eredetileg az amerikai légierő fejlesztett ki kémiai meghajtáshoz. A szakemberek most felfedezték, hogy ez az anyag kiválóan alkalmas a rendkívül apró, fillér nagyságú „elektropermetező” hajtóművek működtetésére is. Ezek a miniatűr rakéták elektromos mező segítségével töltik fel a folyékony hajtóanyag részecskéit, amelyeket aztán permet formájában lőnek ki az űrbe, ezzel hozva létre a tolóerőt.
Az elektropermetező hajtóművek rendkívül üzemanyag-takarékosak, és lassú, precíz manőverekre képesek, például egy kisebb űreszköz fokozatos előrehaladására egy hosszú bolygóközi út során. Ezzel szemben a kémiai hajtóművek nagy mennyiségű üzemanyagot igényelnek a rövid, erőteljes gyorsításokhoz, például amikor a műholdnak gyorsan emelkednie vagy süllyednie kell, illetve hirtelen sebességet kell váltania.
A kutatócsoport most, hogy talált egy olyan hajtóanyagot, amely mindkét típusú hajtóművet képes ellátni, nagy lehetőségeket lát a kis űreszközök előtt. A NASA-val együttműködve dolgoznak a Green Propulsion Dual Mode küldetésen, amely egy aktatáska méretű CubeSat műholdat fog pályára állítani. Ez a műhold egyetlen közös üzemanyagtartályból táplál majd egy kémiai és négy elektropermetező hajtóművet.
Ionok tengere és a gyakorlati teszt
Paulo Lozano, az MIT professzora és a tanulmány társszerzője elmondta, hogy csoportja évek óta fejleszt elektropermetező hajtóműveket, amelyek tökéletesen illeszkednek a miniatűr műholdakhoz. Ezek a hajtóművek egy ionos folyadékot, lényegében sókból álló, folyékony halmazállapotú üzemanyagot használnak. „Az ionos folyadékok nagyon stabilak, és az űrben is folyékonyak maradnak, ami nem sok anyagról mondható el. Lényegében egy ionokból álló tenger, ezért építjük rájuk a technológiánkat” – magyarázta Bruno.
A kísérletek során a csapat az ASCENT hajtóanyaggal töltötte meg az elektropermetező hajtóművek tartályait, amelyeket egy lebegő platformra szerelt CubeSat műholdhoz csatlakoztattak. Egy vákuumkamrában, az űr körülményeit szimulálva, különböző feszültségszinteket alkalmazva mérték a keletkező tolóerőt és az üzemanyag-hatékonyságot. A tesztek során a hajtóműveket akár 100 órán keresztül is folyamatosan működtették.
Az eredmények lenyűgözőek voltak: az ASCENT nemcsak hogy sikeresen működtette az elektropermetező hajtóműveket, de hatékonysága vetekedett a hagyományos ionos folyadékokéval. „Most, hogy tudjuk, a hajtóműveink működnek az ASCENT-tel, elkezdhetünk gondolkodni azon, hogyan tehetjük őket még jobbá” – tette hozzá Bruno. A csapat a NASA-val közösen novemberben tervezi elindítani a Green Propulsion Dual Mode küldetést, amely elsőként teszteli majd a kettős meghajtási rendszert a gyakorlatban is.
© Image: Amelia Bruno
Forrás: MIT.edu ↗̱
