En 100 millioner ganger mer energieffektiv motor (sammenlignet med en tradisjonell rakett) – det høres mest ut som et tall vi bare finner på. At den attpåtil ser ut som den hører hjemme i J.J. Abrams’ «Star Trek» kan også få humbug-varsellampene til å lyse rødt.
I virkeligheten er det derimot lite kontroversielt med en Hall-thruster (en form for ionemotor), som faktisk har vært i bruk helt siden 1971. Og ja, når det kommer til forbruk av drivstoff, vil den regelrett utklasse en kjemisk rakett.
En rekke sonder og satellitter bruker allerede disse til å endre eller korrigere banene sine, men utover slike formål har teknologien vært holdt tilbake av andre begrensninger, slik som relativt kort levetid.
Nå har franske forskere gjort et gjennombrudd som for første gang kan gjøre denne motoren aktuell for oppdrag dypt inn i verdensrommets mørke. Det skriver Science Daily (via ScienceAlert, IFLScience).
Prototype av en helt ny type Hall-thruster (en form for ionemotor), her under en laboratorietest. Foto: CNRS/LAPLACE og CNRS/ICARE
Det de har laget, er en såkalt «vegg-løs» Hall-thruster, men for å forstå hva i all verden det betyr må vi først ta en skritt tilbake.
Et ion, først av alt, en et elektrisk ladd partikkel. En ionemotor skaper enkelt sagt fremdrift gjennom å ionisere partikler fra en gass (ofte xenon), og styre dem ut gjennom en dyse i voldsom fart – mer enn 70 000 km/t. Strømmen av partikler skaper en relativt beskjeden, men konstant akselerasjon av fartøyet i motsatt retning (en mer inngående forklaring finnes hos NASA).
Et ion-drevet fartøy har ikke noe å stille opp med mot den umiddelbare akselerasjonen til en tradisjonell rakett. Men det ville likevel vunnet et kappløp, for når en ionemotor først får holde på en stund, oppnår den topphastigheter som ikke noe annet menneskeskapt fartøy kan måle seg med. Den vil ta igjen raketten og aldri se seg tilbake.
I en typisk, elektrostatisk ionemotor vil en strøm av positive ioner passere fra en anode til en katode. I katoden blir de truffet av elektroner og nøytralisert, og akselererer ut av fartøyet (dette er avanserte saker, så eventuelle eksperter blant Natgeobloggen sine lesere får tilgi forenklingen).
I stedet for en fysisk katode holder Hall-thrusteren en sky av elektroner fanget i et magnetfelt (en «virtuell» katode), som er mer effektiv enn sin fysiske motpart. Medaljens bakside er at de «løse» partiklene hamrer inn i veggene og etter hvert sliter motoren i stykker. Levetiden ligger typisk på rundt 10,000 timer.
Dette tilsvarer 416 dager, eller nærmere ett år og to måneder – som ville vært imponerende for hvilket som helst fartøy her på jorda. Men når en skal reise så langt som til en annen planet gjelder ttt-regelen: ting tar tid. Og det er ingen ladestasjoner på veien.
Her kommer de franske vitenskapsfolka inn i bildet. De har altså skapt en «vegg-løs» Hall-thruster. De har rett og slett fjernet den utsatte veggen, og gjort det slik at selve akselerasjonen av partiklene nå skjer utenfor hulrommet der anoden og partikkelstrømmen befinner seg. Etter mye prøving å feiling ser dette endelig ut til å fungere. Resultatene er beskrevet i tidsskriftet Applied Physics Letters (APL).
To generasjoner av vegg-løse Hall-thrustere. Den siste, til høyre, har vist seg å fungere. Vaudolon et al.
Det vi vil frem til, er at de har skapt en mer effektiv motor som ikke går i stykker etter et drøyt år i felten, og som derfor er aktuell for fremtidige reiser langt forbi rekkevidden til romstasjoner og satellitter rundt jorda.
Den bruker knapt drivstoff, og det rommet som ellers ville vært fylt med bensin kan derfor brukes til å bære last eller mennesker.
Designen har fungert i en lab, men en test ute i rommet er nok en stund unna. Likevel, hvem vet, kanskje er det med slike motorer at vi en dag vil reise frem og tilbake til Mars.
Toppbildet: Hall thruster under testing hos NASA. Foto: NASA/JPL-Caltech.
