Hunter

Parányi ionhajtóműveket fejlesztenek

Hamarosan mikrochip méretű hajtóművek navigálhatják a legkisebb műholdakat. Az MIT repülési és űrrepülési karának docense, Paulo Lozano által tervezett eszköz egyáltalán nem hasonlít a mai vaskos, csövekkel, szelepekkel telezsúfolt és jókora üzemanyag tartályokkal ellátott hajtóművekre.

Lozano megoldása első pillantásra inkább egy számítógép chipnek tűnik. A kis kocka egyik oldalán 500 mikroszkopikus tüske helyezkedik el, amik elektromosság hatására parányi ionsugarakat bocsátanak ki, együttes erejükkel pedig képesek meghajtani egy cipődoboz méretű műholdat. "Annyira kicsik, hogy számos hajtóművet helyezhetünk el egyetlen járművön" - mondta Lozano, hozzátéve, hogy több mikrohajtómű nem csupán a pályamódosításokhoz, de akár a kanyarodáshoz és fordulásokhoz is elegendő tolóerőt biztosíthat.


A két fémes kocka valójában egy üzemanyag tárolóval ellátott ionhajtómű-pár Lozano laboratóriumában

Jelenleg több mint két tucat kis műhold, úgynevezett CubeSat kering a Föld körül, köztük a magyar Masat 1. Ezek nem sokkal nagyobbak egy Rubik-kockánál, súlyuk is csak másfél kilogramm körül mozog, ezért "nanoműholdakként" kategorizálják, szemben a hagyományos Föld-megfigyelő behemótokkal. Ezek a pici műholdak kis költségvetéssel megvalósíthatók, fellövésük is viszonylag egyszerű, kis súlyuknak köszönhetően egy rakéta jó pár ilyen kockát vihet magával másodlagos rakományként.

A nanoműholdaknak azonban nincs hajtóművük, amint eljutnak a világűrbe passzívan keringenek pályájukon. Hogy ne gyarapítsák a bolygó körüli űrszemét halmot, ezért egészen alacsony pályára állítják ezeket, visszatérésüket ugyanis csak a légköri súrlódás segíti. Magasabb pályákra állítva sokkal tovább tartana a süllyedésük, hosszú időn át csak űrszemétként körözve a hulladéktól amúgy is zsúfolt alacsony földkörüli pályán, veszélyt jelentve az aktív műholdakra.


A hajtóművek teljesítményét ezzel a mágnesesen lebegtetett CubeSat prototípussal tesztelték az űrbeli körülményeket szimuláló vákuum-kamrában

Ha sikerülne hajtóműrendszerekkel ellátni a nanoműholdakat, az megoldaná az űrszemét problémáját, a CubeSatok alacsonyabb pályára navigálhatnák magukat, hogy idővel eléghessenek a légkörben, vagy galaktikus szemétgyűjtőként jobblétre szenderült műholdakat is magukkal húzhatnának, a hagyományos hajtóműrendszerek azonban túl nagynak bizonyultak számukra, túlságosan kis teret hagyva az elektronikának és a kommunikációs eszközöknek.

Ezzel szemben Lozano mikrohajtómű megoldása alig növeli a műhold össztömegét. A szerkezet lyukacsos fémrétegekből tevődik össze, a legfelső rétegen helyezkedik el egymástól egyforma távolságban az 500 fémhegy. A rétegek alatt egy parányi folyadéktároló kapott helyet, magában rejtve az eszköz működésének kulcsát, szabadon lebegő ionok egy "folyékony plazmáját". A hajtómű működését Lozano egy fa tápanyagfelvételével szemléltette: A fa a talajból a vizet egyre kisebb és kisebb pórusok sorozatán szívja fel, először a gyökereken, majd a törzsén, végül a leveleken át, ahol a napfény gázként elpárologtatja a vizet. Lozano mikrohajtóműve egy hasonló kapilláris folyamattal működik. A fémrétegeket egyre kisebb és kisebb pórusokkal látták el, melyek passzívan szívják az ionos folyadékot a chipen át a fémhegyek csúcsaihoz.


A hajtómű különböző alkatrészei, amikből összeáll az 1x1 centiméteres, mindössze 2 milliméter vastag mikrohajtómű

A chip tetején egy aranybevonatú lapot helyeztek el, majd elektromos feszültséget alkalmazva létrehoztak egy elektromos mezőt a lap és a hajtómű csúcsai között. Ennek hatására ionsugarak szabadulnak ki a hegyekből, tolóerőt hozva létre. A kutatók eredményei szerint az 500 csúcsból álló tömb 50 mikronewton erőt generál, ez a Földön csupán egy papírdarabka megmozdításához elegendő, súlytalanságban azonban már egy 1 kilogramm súlyú műholdat is képes meghajtani. "Normál esetben a hajtóműrendszereknek jelentős infrastruktúrájuk van, hajtóanyag vezetékekkel, csövekkel és komplex energiaszabályzó rendszerekkel" - mondta Timothy Graves, a kaliforniai Aerospace Corporation elektromos hajtómű és plazma tudományi vezetője. "Ezen felül a bélyegméret könnyebbé teszi a megvalósítást más, nagyobb rendszerekkel szemben"

A kutatók egy kis műholdat számos mikrohajtóművel látnának el, amiket különböző irányokba állítanának. Amikor a műholdnak le kell térnie pályájáról a fedélzeti nappanelek átmenetileg a mikrohajtóművekhez koncentrálják az energiát, aktiválva a hajtóműveket. Lozano szerint a jövőben nagyobb műholdaknál is alkalmazható lehet a technika.

Hozzászólások

A témához csak regisztrált és bejelentkezett látogatók szólhatnak hozzá!
Bejelentkezéshez klikk ide
(Regisztráció a fórum nyitóoldalán)
  • errorista #45
    OMG ekkora kretént
  • montyx #44
    Hallgattam egyszer egy riportot egy elméleti fizikussal, aki valami ilyesmit mondott:
    - Elképzelhető -természetesen nem feltétlenül igaz, de elképzelhető-, hogy a fény sebessége nem határsebesség, csak az einsteini fizika határa. Jelenlegi ismeretekre alapozva bármit kinyilatkoztatni a tudomány meghazudtolása, a mágia elfogadása, és a fejlődés megállítása. Az újságírók hajlamosak kifelejteni a cikkeikből az általunk oly gyakran emlegetett frázist, hogy jelen ismereteink szerint. Pedig ez nagyon fontos, hiszen Newton sem ismerte sem az einsteini fizikát, sem pedig a kvantummechanikát.
    Lehet, hogy jön egyszer egy újabb géniusz -és remélem jönni is fog-, aki bebizonyítja, hogy Einsteinnek igaza volt ilyen, meg ilyen, meg ilyen feltételek között, de ha ezeken a feltételeken így, meg így változtatunk, akkor a tömeggel rendelkező test is haladhat fenysebességnél gyorsabban.
  • errorista #43
    de.
  • NEXUS6 #42
    Igen ez lenne a szép, hogy pusztán a terek/mezők topológiájából, geometriájából kijöjjenek és ne legyenek ilyen mért, de esetleges értékű állandók. Az univerzumnak legyen egy mechanikai tisztaságú működése és ne kelljen agyonparaméterezni az összes modellt.

    Mellesleg a pi értéke egy görbült térben sem annyi mint nálunk.
    ;)
  • errorista #41
    ? hogyhogy alapvetőek? A pi vagy a gyök kettő nem alapvető, ellenben jól definiáltak. Bármilyen univerzumban úgy tudod definiálni és annyi lesz az értéke, ahogy most van. Csak arra próbáltam mutatni, hogy a topológia és a forma egy lehetséges eszköz lehet konstansok keresésére. Illetve: olyan konstansok találására, mely konstansok nem megfigyelés/mérés eredményei.

    Azaz mint írtad, a vákuum perme és a fény sebesség között egy képlet az összefüggés. Első ránézésre az összes fizikai állandó mérésből, vagy egy mért értékből származtatható. Én viszont remélem, hogy ha az értékek közti kapcsolatokat feltárjuk, pusztán topológiailag ki fognak jönni az alapvetőbb állandók, és akkor a legfőbb miért az univerzum alakja, és az értékei közti kapcsolatok rendszere lesz.

    De ez lehet csak az én álmom aki jobban szeretem a geometriát és a látványos gráfokat, a tizedestört alakú számoknál.
  • NEXUS6 #40
    Az a gond, hogy a geometriai konstansok sem feltétlenül alapvetőek. Nagyon sok fajta morfológiájú és topológiájú tér létezhet, ahol ezek a konstansok, pl a pi is más értékeket vesznek fel az általunk ismertekhez képest.

    Valaszeg persze, ha tudnánk hogy mi is az a téridő, pl előtudnánk mi is állítani egy ilyen buborékot, akkor tudnánk azt is, hogy miért is annyi a fény sebessége vákuumban amennyi.

    Ma csak max azt tudjuk, hogy más állandókat is befolyásolhatja-e az a dolog, ami ezt meghatározza. Pl a vákuum permeábilitását biztos, ha változik a fénysebesség, akkor ez is fog.
  • errorista #39
    miért, mire vársz, hogy egyszer csak felbukkan egy nem tapasztalati érték, amiből mindent le tudsz vezetni?

    ( én személy szerint igen, várok arra, hogy az állandók mögött egy triviális megoldást fogok találni. nagyjából ahogy a sugara kör és kerülete, vagy a négyzet oldala és átlója hasonulnak, a nagy egyetemes állandók is remélem geometriai konstansokból levezethetők )
  • NEXUS6 #38
    Ja, csak éppen a Maxwel egyenletek az epsilon és a mű null értéken keresztül adják meg a fénysebességet, azonban ezek (vákuum permeábilitás, permittivitás) tapasztalati értékek. Szal a Maxwell egyenletek max azt mondják, hogy az egyik tapasztalati érték, hogy adja meg esetleg a másikat.

    Ami nem kevés, csak éppen egy közeg tulajdonságainak méréséről szól. Ha fordítva számoljuk, akkor meg a fénysebességből kiszámulhatjuk a vákuum permeábilitását/permittivitását, de ezekből az értékekből valamelyikkel előre kell rendelkeznünk, ahhoz, hogy a másikat megkapjuk. Mondhatni kvázi ugyan azt mérjük.

    Pl vákuum permittivitás(epszilon null) = 1/c2*mű null
  • errorista #37
    maxwell egyenletek voltak már? azokból véletlenül kijön, hogy a fény sebessége minden rendszerben állandó, amiből véletlenül következik hogy a fény sebessége a határsebesség...
  • NEXUS6 #36
    Azért a spec relativitás elmélet matematikája meglepően... izé egyszerűen elegáns.
    Ettől még lehet igaz, ahogy a Newtoni fizika is az. Persze adott határok között.
    Azonban minekután azt tudjuk, hogy a fénysebesség úgy tűnik tényleg határsebesség, csak azt nem tudjuk miért!? Ez után a valós testek nagy sebesség/gyorsulású viselkedése még tartogathat meglepetéseket a számunkra.

    A legtöbb fénysebességet látszólag, vagy ténylegesen meghaladó mozgásra a relativitás elmélet ad választ, kérdés, hogy ez a válasz helyes-e. Lehetséges egy test fénysebesség közelébe gyorsítása, majd ennek a testnek olyan közegbe vitele, ahol a helyi fénysebességet meghaladja a test sebessége (Cerenkov-sugárzás, Hartman effektus). Vagyaz is lehetségesnek tűnik, amikor a tér gyorsabban tágul, mint a fénysebesség.

    A kérdések, amelyek felmerülnek ezekben az esetekben az, hogy miért határsebesség a fénysebesség, és miért ekkora, valamint mi a fene egyáltalán az a téridő, és az Einstein-i téridő honyan viszonyul más kvantum-mezőkhöz, hogy hat velük kölcsön, stb?????