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Neues Plasma-Thruster-Konzept könnte Weltraummissionen 10x schneller machen

Die Raumfahrt könnte mit dem neuen Design des Plasma-Triebwerks, das vom US-Energieministerium entwickelt wurde, weniger Zeit als je zuvor dauern.

Fatima Ebrahimi, eine Physikerin vom Princeton Plasma Physics Laboratory PPPL des US-Energieministeriums DOE hat ein Plasma-Triebwerk entwickelt, das die Raumfahrt wahrscheinlich viel schneller macht als jede andere bestehende Technologie.

Schnelle und effiziente Raumfahrt hat das Potenzial, die Menschheit in eine bessere Zukunft zu führen. Es könnte weit entfernte Planeten, Ressourcen und sogar Lebensformen geben, die unser Wissen, Verständnis und unseren Lebensstil drastisch verändern können. Es gibt starkeChancen, dass im Erfolgsfall die neues Plasma-Triebwerk-Design von Ebrahimi könnte die Dynamik der Raumfahrt verändern.

Das Prinzip hinter Ebrahimis Plasma-Triebwerk-Design

Quelle: PPPL/Wikimedia Commons

Der Ursprung von Ebrahimis Plasma-Triebwerk-Konzept begann in einigen früheren Experimenten im Zusammenhang mit Donut-förmigen Fusionsgeräten, die als bekannt sind Tokamaks, die von Forschern des Princeton Plasma Physics Laboratory durchgeführt wurden.

1999 schuf PPPL in Zusammenarbeit mit der Columbia University, dem Oak Ridge National Laboratory und der University of Washington das National Spherical Torus Experiment NSTX, ein magnetisches Fusionsgerät basierend auf dem Tokamak-Konzept. Das Gerät wurde seitdem aktualisiertzu werdenNSTX-U Upgrade Projekt.

Eine Tokamak-Kammer. Quelle: S. Li et al./Wikimedia Commons

Der Zweck des NSTX besteht darin, einen Weg zur Nutzung von Fusionsenergie als reichlich vorhandenes, sicheres, erschwingliches und umweltfreundliches Mittel zur Stromerzeugung zu entwickeln. Das NSTX-Gerät verwendet eine neuartige kugelförmige torusförmige Struktur, um ein Magnetfeld zu erzeugen, daswird verwendet, um heißes ionisiertes Gas, das sogenannte Plasma, zu enthalten, das benötigt wird, um eine Fusionsreaktion auszulösen.

Zukünftige Fusionskraftwerke werden Plasmen verwenden, die aus einer Mischung von Deuterium und Tritium bestehen, die Fusionsreaktionen eingehen, um Helium zu produzieren, zusammen mit einer großen Energiefreisetzung. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, eine ausreichende Temperatur und einen ausreichenden Druck aufrechtzuerhalten.das Plasma, während ein geformtes Magnetfeld für die Isolierung sorgt.

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Theoretisch ermöglicht eine kugelförmige Torusform die Aufrechterhaltung des Plasmadrucks, der zur Erzeugung einer selbsterhaltenden Fusion erforderlich ist, bei geringerer Magnetfeldstärke. Da die Kosten eines Fusionskraftwerks mit der Stärke seines Magnetfelds steigen, ist ein niedrigeres magnetischesFeldstärke für den Plasmaeinschluss könnte zu wirtschaftlichen Fusionskraftwerken führen.

Fatima Ebrahimi Quelle: PPPL-Theorie

Im Interview, Ebrahimi enthüllte, dass sie die Ähnlichkeiten zwischen dem Auspuff eines Autos und den Hochgeschwindigkeits-Abgaspartikeln beobachtete, die vom National Spherical Torus Experiment von PPPL produziert wurden, und erkannte, dass das Tokamak-Gerät im Betrieb Plasmablasen Plasmoide erzeugen konnte, die sich mit erstaunlichen Geschwindigkeiten fortbewegenvon etwa 44730 Meilen pro Stunde 20 km/s.

Dieser Befund führte dazu, dass Ebrahimi ein neues Plasma-Triebwerk-Design, das Magnetfeldenergie verwendet, um hohen Schub zu erzeugen. Sie hat dies später veröffentlichtKonzept im Detail im Journal of Plasma Physics.

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Unterschiede zwischen bestehender Raumfahrttechnologie und Ebrahimis Design

Quelle: Javier Mendoza/pexels

Es gibt mehrere Unterschiede zwischen Ebrahimis Konzept und anderen Vorschlägen. Der erste besteht darin, dass das Design es ermöglicht, die Geschwindigkeit durch Ändern der Stärke der Magnetfelder zu erhöhen oder zu verringern. Aktuelle Plasmatriebwerke, die elektrische Felder verwenden, können nur geringe spezifische Impulse erzeugen oderGeschwindigkeiten.

Das neue Triebwerk würde den Ausstoß von Plasmapartikeln und Plasmoiden nutzen, um Bewegung zu erzeugen. Ebrahimis Konzept ist einzigartig in seiner Einbeziehung von Plasmoiden, die dem Antrieb mehr Kraft verleihen würden.

Außerdem während aktuelle Triebwerkskonzepte basieren auf elektrischen Feldern und schweren Gasen aus Atomen wie Xenon. Die Magnetfelder in Ebrahimis Konzept würden es ermöglichen, dass das Plasma im Triebwerk aus fast jeder Art von Gas besteht. Dies würde mehr Flexibilität schaffen und mehr Variationen ermöglichendie Höhe des Schubs.

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Derzeit dauert die Raumfahrt selbst zum nächsten Planeten, dem Mars, etwa sieben Monate. Aktuelle Raketenantriebe erzeugen einen geringen spezifischen Impuls, was zu einer geringen Abgasgeschwindigkeit führt und so dass moderne Raumschiffe Zeit brauchen, um schneller zu werden.

Ebrahimis Plasmoid-Triebwerk wäre effizienter als die aktuellen Konzepte, teilweise aufgrund seinerVerwendung von Elektromagneten, um den Schub einzustellen. Das Design würde es Astronauten ermöglichen, die Geschwindigkeit ihrer Rakete nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern.

Computersimulationen des Plasma-Triebwerksdesigns von Ebrahimi haben gezeigt, dass es eine zehnmal höhere Abgasgeschwindigkeit liefern kann als die derzeit verwendeten Triebwerke. Aus dem gleichen Grund wird dieses magnetische Plasma-Triebwerk jetzt auch als effizientes Mittel angesehen sende Menschen zum Mars.

Erwartete Auswirkungen einer schnelleren Raumfahrttechnologie

Quelle: Mike Kiew/Unsplash

Schnellere Raumfahrt würde es uns nicht nur ermöglichen, weiter entfernte Sterne und Galaxien zu besuchen, sondern wird uns wahrscheinlich auch mehr wissenschaftliche Erkenntnisse, Ressourcen und vielleicht sogar wirtschaftliche Entwicklung liefern. Es gibt viele Möglichkeiten, wie sie die Menschheit beeinflussen können:

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  • Eine effiziente Plasma-Triebwerkstechnologie wie die vom DOE-Physiker vorgeschlagene kann die Kosten von Weltraummissionen erheblich senken, da Weltraummissionen mit schnelleren Raketentriebwerken kürzer wären. Die Kosten für Treibstoff, Logistik usw. würden mit geringeren Kosten drastisch sinkenReisezeit, also Raum und interplanetarer Transport könnte machbarer werden als je zuvor.
  • Eine Verlängerung der Reisezeit verringert die Häufigkeit, mit der Astronauten gefährlicher kosmischer Strahlung ausgesetzt sind, die jedes Raumfahrzeug durchdringt. Daher kann ein Plasma-Triebwerk, das eine hohe Geschwindigkeit bietet, die verschiedenen Gesundheitsrisiken reduzieren, die mit bemannten Raumfahrtprogrammen verbunden sindwürde auch Weltraumagenturen ermutigen, mehr Weltraummissionen mit menschlichen Passagieren an Bord durchzuführen.
    Quelle: Stephen Leonardi/Unsplash
  • Eine schnellere Erforschung des Weltraums könnte der Suche der Menschheit nach möglicherweise einen Schub geben.fremdes Leben, in kurzer Zeit könnten weitere Weltraumprogramme gestartet werden, um Planeten innerhalb und vielleicht sogar außerhalb unserer Galaxie zu erkunden.
  • Die alleinige Abhängigkeit von der Erde für Ressourcen könnte mit dem Aufkommen der schnelleren Raumfahrttechnologie enden. Aufgrund der machbaren und schnellen interplanetaren Reisen könnten Wissenschaftler alle Arten von Materie untersuchen und experimentieren, die ihnen aus verschiedenen Teilen zur Verfügung stehtdes Universums.
  • Die Raumfahrt könnte auch bringenFortschritte in der Technologie und Forschung. Eine schnellere und praktikablere Raumfahrttechnologie kann neue Sektoren hervorbringen und bald zu hypothetischen Konzepten wie und Leerzeichen Bergbau in die Realität.

Während viele neue Entwicklungen in der Raumfahrttechnologie noch ausstehen, ist Dr. Ebrahimi optimistisch, was das Design ihres Reconnector-Plasmoid-Triebwerks angeht, und sie hofft, den ersten Prototyp bald fertig zu haben.

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