NASA ทดสอบเครื่องยนต์อวกาศ 120 กิโลวัตต์ที่ไม่เคยมีมาก่อนเพื่อให้สามารถเดินทางสู่ดาวอังคารโดยมนุษย์ได้

ทีมนักวิทยาศาสตร์จากห้องปฏิบัติการขับเคลื่อนด้วยไอพ่น (JPL) ของ NASA ประสบความสำเร็จในการเปิดใช้งานต้นแบบทรัสเตอร์ไฟฟ้าที่มีกำลังการผลิตที่ไม่เคยมีมาก่อนในสหรัฐอเมริกา อุปกรณ์ดังกล่าวได้รับการพัฒนาร่วมกับนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันและ Glenn Center ซึ่งตั้งอยู่ในคลีฟแลนด์ โดยทำงานในช่วงพลังงาน 120 กิโลวัตต์ ดัชนีที่ได้รับแสดงถึงความแข็งแกร่งมากกว่าระบบอื่นที่คล้ายคลึงกันที่ได้รับการประเมินแล้วในประเทศถึง 25 เท่า การสาธิตทางเทคนิคเกิดขึ้นที่สิ่งอำนวยความสะดวกขององค์การอวกาศในช่วงเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2569

การทดลองนี้เกิดขึ้นภายในห้องสุญญากาศของจรวดโลหะที่ควบแน่น ซึ่งรู้จักกันในชื่อย่อ CoMeT ซึ่งช่วยให้ทดสอบได้อย่างปลอดภัยกับไอระเหยของโลหะ อุปกรณ์ดังกล่าวใช้ไอลิเธียมเป็นเชื้อเพลิงหลักเพื่อสร้างแรงผลักดันที่จำเป็น ในระหว่างการจุดระเบิดทั้งห้าครั้งโดยวิศวกร อิเล็กโทรดทังสเตนของเครื่องยนต์บันทึกอุณหภูมิได้เกิน 2,800 องศาเซลเซียส ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีสร้างพื้นฐานที่เป็นรูปธรรมสำหรับการวางแผนภารกิจส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารในอนาคต

การทำงานของระบบแมกนีโตพลาสมาไดนามิกส์ในห้องปฏิบัติการ

อุปกรณ์ที่ทดสอบจัดอยู่ในประเภทระบบแมกนีโตพลาสมาไดนามิก ซึ่งมักเรียกโดยตัวย่อ MPD ในภาคการบินและอวกาศ เทคโนโลยีนี้แตกต่างจากมอเตอร์ไฟฟ้าทั่วไปโดยการใช้กระแสไฟฟ้าที่มีความเข้มสูงซึ่งมีปฏิกิริยาโดยตรงกับสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในแกนทรัสเตอร์ ปฏิกิริยาทางกายภาพนี้จะช่วยเร่งลิเธียมพลาสมาออกจากเครื่องยนต์โดยทางแม่เหล็กไฟฟ้า กระบวนการต่อเนื่องสร้างแรงผลักดันอย่างต่อเนื่องในสุญญากาศของอวกาศ รุ่นก่อนหน้านี้อาศัยแผงโซลาร์เซลล์เกือบทั้งหมดเพื่อสร้างพลังงาน ซึ่งจำกัดความสามารถในการเร่งความเร็วในระยะไกลจากดวงอาทิตย์มาก

การสร้างต้นแบบต้องใช้เวลาทำงานอย่างเข้มข้นเป็นเวลาสองปีโดยทีมวิศวกรร่วม James Polk นักวิทยาศาสตร์การวิจัยอาวุโสของ JPL ยกย่องผลลัพธ์ที่ได้รับในห้องสุญญากาศว่าเป็นก้าวสำคัญสำหรับการสำรวจอวกาศห้วงอวกาศ ข้อมูลที่เซ็นเซอร์จับได้แสดงให้เห็นว่าทรัสเตอร์ไม่เพียงแต่ทำงานได้อย่างเสถียร แต่ยังถึงระดับพลังงานที่ออกแบบโดยนักคณิตศาสตร์ของภารกิจอีกด้วย การรวบรวมข้อมูลนี้ทำให้เกิดพารามิเตอร์ที่แม่นยำสำหรับการสร้างอุปกรณ์ในเวอร์ชันที่ใหญ่ขึ้น

แนวคิดของจรวด MPD แพร่หลายในแวดวงวิชาการมาตั้งแต่ทศวรรษ 1960 แต่การใช้งานจริงต้องเผชิญกับอุปสรรคทางเทคโนโลยีที่รุนแรง ปฏิบัติการที่มีอำนาจสูงเช่นนี้ไม่เคยเกิดขึ้นในดินแดนอเมริกาจนกระทั่งมีการทดลองนี้ การใช้ลิเธียมเป็นแหล่งพลังงานของเครื่องยนต์โดยเฉพาะยังแสดงถึงนวัตกรรมที่สำคัญ เนื่องจากรูปแบบจรวดนี้ไม่เคยนำไปใช้ในภารกิจอย่างเป็นทางการเลย การตรวจสอบความถูกต้องของแนวคิดในห้องปฏิบัติการจะช่วยยุติความไม่แน่นอนมานานหลายทศวรรษเกี่ยวกับความมีชีวิตของแบบจำลอง

ข้อได้เปรียบด้านการปฏิบัติงานเหนือจรวดเคมีแบบดั้งเดิม

การเปลี่ยนจากการขับเคลื่อนทางเคมีไปเป็นไฟฟ้าให้ประโยชน์ทางเศรษฐกิจและลอจิสติกส์อย่างมากสำหรับการวางแผนการเดินทางระหว่างดาวเคราะห์ การคำนวณของทีม JPL ระบุว่าระบบไฟฟ้าสามารถใช้จรวดน้อยลงถึง 90% เมื่อเทียบกับจรวดกำลังสูงที่ใช้ในการทำลายแรงโน้มถ่วงของโลกในปัจจุบัน การประหยัดปริมาณเชื้อเพลิงที่ต้องการได้อย่างมากนี้จะช่วยลดน้ำหนักรวมของยานอวกาศเมื่อปล่อยตัว ด้วยเหตุนี้ ต้นทุนทางการเงินของแต่ละภารกิจจึงลดลงอย่างรวดเร็ว ทำให้สามารถส่งน้ำหนักบรรทุกที่หนักกว่าได้

กลไกการบินของระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าทำงานภายใต้หลักการทางกายภาพที่แตกต่างจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม เครื่องยนต์เคมีสร้างการระเบิดแบบควบคุมซึ่งสร้างแรงผลักดันทันทีและรุนแรง ส่งผลให้ถังหมดภายในไม่กี่นาที ในทางกลับกัน ระบบไฟฟ้าจะรวบรวมพลังงานจากแหล่งศูนย์กลางและนำไปใช้ในการแตกตัวเป็นไอออนและขับก๊าซเศษส่วนเล็กๆ อย่างช้าๆ โดยไม่หยุดชะงัก แรงต่อเนื่องนี้จะสะสมความเร็วเป็นเวลาหลายเดือนในสุญญากาศ จนเกินกว่าความเร็วสูงสุดของจรวดทั่วไปในที่สุด

หน่วยงานอวกาศใช้เทคโนโลยีเวอร์ชันที่ทรงพลังน้อยกว่าในภารกิจที่ใช้งานอยู่ในระบบสุริยะอยู่แล้ว ปัจจุบันยานสำรวจไซคีของ NASA เดินทางด้วยความเร็วมากกว่า 200,000 กิโลเมตรต่อชั่วโมงโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้แรงเพียงเล็กน้อยแต่คงที่ นักวิจัยคาดการณ์ว่าเครื่องขับดันลิเธียม MPD ใหม่จะให้แรงขับที่เหนือกว่ารุ่นที่ใช้งานอยู่อย่างมาก การผสมผสานเครื่องยนต์สมรรถนะสูงเหล่านี้เข้ากับเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ขนาดกะทัดรัดกลายเป็นทางออกที่เป็นไปได้มากที่สุดในการรองรับน้ำหนักของโมดูลช่วยชีวิตที่จำเป็นในการพามนุษย์ไปดาวอังคาร

Leia Também

การขายตั๋วสำหรับเกม NFL ในริโอจะเริ่มในสามขั้นตอนตั้งแต่เดือนพฤษภาคม

PlayStation รับประกันความโดดเด่นในแคมเปญการตลาด GTA 6

การศึกษาระบุส่วนประกอบของกาแฟที่กระตุ้นการป้องกันการแก่ชราของเซลล์

ความท้าทายและเป้าหมายด้านความร้อนสำหรับการสำรวจระหว่างดาวเคราะห์

ความสำเร็จของการทดสอบในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2569 ยังเน้นย้ำถึงอุปสรรคทางเทคนิคที่ฝ่ายวิศวกรรมจะต้องเอาชนะก่อนทำการบินครั้งแรก ความท้าทายหลักอยู่ที่การจัดการความร้อนจัดที่เกิดจากระบบแมกนีโตพลาสมาไดนามิกส์ในช่วงที่มีการเร่งความเร็ว อุณหภูมิประมาณ 2,800 องศาเซลเซียส จำเป็นต้องมีการสร้างสารประกอบโลหะและเซรามิกใหม่ที่สามารถทนต่อความเครียดจากความร้อนได้โดยไม่ละลายหรือเสียรูป การค้นหาวัสดุที่แข็งแกร่งเพียงพอจะเป็นแนวทางการวิจัยในห้องปฏิบัติการของหน่วยงานในปีหน้า

ด้วยการรวบรวมข้อมูลเบื้องต้น ผู้อำนวยการโครงการจึงได้กำหนดตารางเวลาใหม่สำหรับเป้าหมายทางเทคนิคสำหรับการพัฒนาในทศวรรษหน้า วัตถุประสงค์พยายามที่จะขยายขนาดเทคโนโลยีในปัจจุบันให้ได้มาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการเดินทางด้วยคนขับในระยะยาว ลำดับความสำคัญ ได้แก่ :

• เพิ่มกำลังการผลิตของทรัสเตอร์แต่ละตัวให้อยู่ในช่วง 500 กิโลวัตต์ถึง 1 เมกะวัตต์
• สังเคราะห์โลหะผสมที่รักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างให้สูงกว่า 2,800 องศาเซลเซียส
• รับประกันการทำงานของเครื่องยนต์อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาเกิน 23,000 ชั่วโมง
• ประสานการทำงานของตัวขับดันหลายตัวที่รวมอยู่ในแชสซีพื้นที่เดียวกัน
• แหล่งพลังงานนิวเคลียร์ที่ปลอดภัยคู่หนึ่งเพื่อใช้เป็นพลังงานให้กับระบบระหว่างการเดินทางสู่ดาวอังคาร

สถาปนิกภารกิจอวกาศคำนวณว่ายานอวกาศที่มีคนขับซึ่งมุ่งหน้าไปยังดาวเคราะห์แดงจะต้องใช้พลังงานทั้งหมดระหว่าง 2 ถึง 4 เมกะวัตต์ ในการเดินทางให้เสร็จสิ้นในเวลาที่ปลอดภัยทางชีวภาพสำหรับนักบินอวกาศ การตอบสนองความต้องการพลังงานมหาศาลนี้จะต้องมีการติดตั้งอาร์เรย์ที่มีตัวขับดัน MPD หลายตัว เครื่องยนต์เหล่านี้จะต้องทำงานพร้อมกันและไร้ที่ติเป็นเวลาเกือบสามปีติดต่อกัน โดยไม่มีความเป็นไปได้ในการบำรุงรักษาภายนอกระหว่างการขนส่งในห้วงอวกาศ

โครงการขับเคลื่อนด้วยนิวเคลียร์และไทม์ไลน์ของหน่วยงาน

จาเร็ด ไอแซคแมน ผู้บริหาร NASA ติดตามผลการตรวจทางห้องปฏิบัติการและเรียกเครื่องยนต์ที่ยิงเหตุการณ์ประวัติศาสตร์สำหรับวิศวกรรมการบินและอวกาศ ผู้บริหารเน้นย้ำว่าการทำงานของระบบไฟฟ้าที่ระดับพลังงานเหล่านี้ถือเป็นการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ในสหรัฐอเมริกา การทดลองนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Space Nuclear Propulsion หรือที่เรียกว่า SNP ซึ่งประสานความพยายามของรัฐบาลในการพัฒนาเทคโนโลยีการขนส่งยุคใหม่ ความคิดริเริ่มนี้พยายามที่จะรับประกันโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการขยายการมีอยู่ของมนุษย์ไปไกลกว่าวงโคจรของดวงจันทร์

ไอแซคแมนย้ำว่าเป้าหมายระยะยาวของสถาบันยังคงมุ่งเน้นไปที่การมาถึงของลูกเรือชาวอเมริกันไปยังพื้นผิวดาวอังคาร หน่วยงานดำเนินโครงการคู่ขนานหลายโครงการ แต่ยังคงรักษาการลงทุนเชิงกลยุทธ์ที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้การก้าวกระโดดเชิงสำรวจนี้เป็นไปได้ ประสิทธิภาพของลิเธียมทรัสเตอร์แสดงถึงความก้าวหน้าที่จับต้องได้และวัดผลได้ภายในเส้นเวลาที่กำหนดโดยคณะกรรมการสำรวจ การตรวจสอบความถูกต้องของเทคโนโลยี MPD ช่วยลดความไม่แน่นอนเกี่ยวกับการออกแบบขั้นสุดท้ายของยานพาหนะขนส่งระหว่างดาวเคราะห์

ฐานความรู้ที่ช่วยให้สามารถสร้างเครื่องยนต์ใหม่ได้มาจากประสบการณ์จริงหลายทศวรรษที่สั่งสมมาจากหน่วยงาน ภารกิจบุกเบิกเช่น Deep Space-1 และ Dawn Probe ทำหน้าที่เป็นแพลตฟอร์มทดสอบสำหรับการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้ารุ่นแรกในอวกาศ ผู้เชี่ยวชาญอย่าง James Polk ได้นำบทเรียนที่ได้รับจากหุ่นยนต์ดาวเทียมเหล่านี้มาประยุกต์ใช้เพื่อแก้ไขข้อบกพร่องด้านการออกแบบของรุ่นเก่า วิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของระบบเร่งความเร็วไอออนและพลาสมาสิ้นสุดลงที่ต้นแบบลิเธียม ซึ่งปูทางไปสู่การสร้างเรือที่จะข้ามอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ในทศวรรษต่อ ๆ ไป