새로운 개념의 열핵 로켓 엔진 제안

프린스턴 플라즈마 물리학 연구소 (PPPL)의 한 물리학자가 인류를 화성 및 그 너머로 데려 갈 수있는 새로운 유형의 로켓 엔진을 제안했습니다.

이 장치는 자기장을 사용하여 물질의 네 번째 상태라고도 알려진 전기적으로 충전 된 가스 인 플라즈마 입자를 로켓 뒤쪽에서 날아 가게하고 운동량 보존으로 인해 우주선을 앞으로 나아갑니다. 현대의 우주 테스트를 거친 플라즈마 추진기는 전기장을 사용하여 입자를 이동합니다.

새로운 개념은 자기장 선이 수렴하고 갑자기 분리 된 다음 다시 결합하여 많은 에너지를 생성하는 태양 표면을 포함하여 우주 전체에서 관찰 된 과정 인 자기 재 연결을 통해 입자를 가속화 할 것입니다. 재 연결은 토카막으로 알려진 융합 장치 내부에서도 발생합니다.

"저는이 개념을 한동안 준비해 왔습니다."라고 플라즈마 물리학 저널 (Journal of Plasma Physics)에서 아이디어를 자세히 설명하는 기사의 저자이자 개념의 발명가 인 PPPL 수석 물리학자인 Fatima Ebrahimi는 말했습니다.

"나는 2017 년에 자동차 배기 가스와 NSTX (National Spherical Torus Experiment) PPPL에 의해 생성 된 고속 배기 입자의 유사점을 숙고 할 때 아이디어를 얻었습니다."

"작동하는 동안이 토카막은 플라스 모이 드 (폐쇄 된 자기 루프의 제한된 플라스마)라고하는 자기 거품을 생성합니다.이 기포는 초당 약 20km의 속도로 움직이는데, 이는 저에게 추력과 매우 유사한 것 같습니다."

태양과 별을 추진하는 힘인 퓨전은 플라즈마 형태의 빛 요소를 결합합니다. 즉, 가시 우주의 99 %를 차지하는 원자핵과 자유 전자로 구성된 뜨겁고 충전 된 물질 상태 인 플라즈마 형태로 에너지. 과학자들은 전기를 생산하기위한 거의 무한한 에너지 원을 얻기 위해 지구에서 열 핵융합을 복제하려고 노력하고 있습니다.

전기장을 사용하여 입자를 이동하는 현대의 플라즈마 추진기는 작은 특정 임펄스 또는 속도 만 생성 할 수 있습니다. 그러나 PPPL 컴퓨터에서 수행 된 컴퓨터 시뮬레이션은 새로운 개념의 플라즈마 엔진이 다른 엔진보다 10 배 빠른 초당 수백 킬로미터의 배기 가스를 생성 할 수 있음을 보여주었습니다.

우주선의 속도가 빨라지면 인간이 외계 행성에 접근 할 수 있습니다. Fatima Ebrahimi는“화학 로켓 모터의 특정 충격이 매우 낮기 때문에 장거리 여행에는 몇 개월 또는 몇 년이 걸리므로 배가 속도를 높이는 데 시간이 걸립니다. "그러나 우리가 자기 재 연결을 기반으로 모터를 만들면 더 짧은 시간에 장거리 임무를 수행 할 수있을 것입니다."

새로운 엔진 개념과 다른 장치 사이에는 세 가지 주요 차이점이 있습니다. 첫째, 자기장의 강도를 변경하면 추력이 증가하거나 감소 할 수 있습니다. "더 많은 전자석과 더 많은 자기장을 사용하면 실제로 노브를 돌려 속도를 미세 조정할 수 있습니다."

둘째, 새로운 추진기는 플라스 모이 드로 알려진 플라스마 입자와 자성 거품을 방출하여 운동을 생성합니다. 플라스 모이 드는 추진 시스템에 동력을 추가하며 다른 엔진 컨셉에는이를 포함하지 않습니다.

셋째, 전기장에 의존하는 현대 추진기 개념과 달리 Ebrahimi의 자기장은 추진기 내부의 플라즈마가 무겁거나 가벼운 원자로 구성되도록합니다.

이러한 유연성 덕분에 과학자들은 특정 임무에 맞게 추력을 조정할 수 있습니다. "다른 엔진에는 크세논과 같은 원자로 만든 무거운 가스가 필요하지만이 개념에서는 원하는 모든 유형의 가스를 사용할 수 있습니다."라고 Ebrahimi는 말했습니다. 어떤 경우에는 작은 원자가 더 빨리 움직일 수 있기 때문에 과학자들은 더 가벼운 가스를 선호 할 수 있습니다.

이 개념은 PPPL의 우주 추진 연구 포트폴리오를 확장합니다. 다른 프로젝트로는 1999 년 PPPL 물리학 자 Eugene Raitses와 Nathaniel Fisch가 우주선을지지하는 플라즈마 입자의 사용을 조사하기 위해 시작한 Hall Thruster 실험이 있습니다. 그들은 또한 작은 홀 스러 스터를 사용하여 CubeSats라는 작은 위성에 지구 궤도를 돌 때 더 많은 기동성을 제공 할 가능성을 모색하고 있습니다.

Ebrahimi는 자신의 엔진 컨셉이 핵융합 에너지 분야의 연구와 직접적으로 관련이 있다고 강조했습니다. 이 작업은 과거 융합 연구에서 영감을 받아 우주 추진을 위해 플라스 모이 드와 재 연결이 제안 된 것은 이번이 처음입니다. 다음 단계는 프로토 타이핑입니다!