उपग्रहों पर इस्तेमाल होने वाले प्लाज्मा थ्रस्टर्स कहीं अधिक शक्तिशाली हो सकते हैं: अध्ययन

वाशिंगटन (एएनआई): ऐसा माना जाता था कि कक्षा में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले एक कुशल प्रकार के विद्युत प्रणोदन, हॉल थ्रस्टर्स को बहुत अधिक जोर देने के लिए बड़े होने की आवश्यकता होती है। अब, मिशिगन विश्वविद्यालय के एक नए अध्ययन से पता चलता है कि छोटे हॉल थ्रस्टर्स अधिक जोर उत्पन्न कर सकते हैं, संभावित रूप से उन्हें इंटरप्लेनेटरी मिशन के लिए उम्मीदवार बना सकते हैं।

एयरोस्पेस इंजीनियरिंग के यू-एम सहयोगी प्रोफेसर बेंजामिन जोर्न्स ने कहा, "लोगों ने पहले सोचा था कि आप एक थ्रस्टर क्षेत्र के माध्यम से केवल एक निश्चित मात्रा में वर्तमान को धक्का दे सकते हैं, जो बदले में प्रति यूनिट क्षेत्र में कितना बल या जोर उत्पन्न कर सकता है।" आज मैरीलैंड के नेशनल हार्बर में एआईएए साइटेक फोरम में प्रस्तुत किए जाने वाले नए हॉल थ्रस्टर अध्ययन का नेतृत्व किया।

उनकी टीम ने 9 किलोवाट हॉल थ्रस्टर को 45 किलोवाट तक चलाकर इस सीमा को चुनौती दी, इसकी नाममात्र दक्षता का लगभग 80% बनाए रखा। इसने प्रति इकाई क्षेत्र में उत्पन्न बल की मात्रा को लगभग 10 गुना बढ़ा दिया।

चाहे हम इसे प्लाज्मा थ्रस्टर कहें या आयन ड्राइव, इलेक्ट्रिक प्रोपल्शन इंटरप्लेनेटरी ट्रैवल के लिए हमारा सबसे अच्छा दांव है - लेकिन विज्ञान एक चौराहे पर है। जबकि हॉल थ्रस्टर्स एक अच्छी तरह से सिद्ध तकनीक है, एक वैकल्पिक अवधारणा, जिसे मैग्नेटोप्लाज्माडायनामिक थ्रस्टर के रूप में जाना जाता है, छोटे इंजनों में अधिक शक्ति पैक करने का वादा करता है। हालाँकि, वे अभी तक कई मायनों में अप्रमाणित हैं, जिसमें जीवन भर भी शामिल है।

ऐसा माना जाता था कि हॉल थ्रस्टर्स अपने संचालन के तरीके के कारण प्रतिस्पर्धा करने में असमर्थ थे। प्रणोदक, आमतौर पर क्सीनन जैसी एक महान गैस, एक बेलनाकार चैनल के माध्यम से चलती है जहां इसे एक शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र द्वारा त्वरित किया जाता है। यह आगे की दिशा में जोर उत्पन्न करता है क्योंकि यह पीछे की ओर निकलता है। लेकिन प्रणोदक को तेज करने से पहले, इसे सकारात्मक चार्ज देने के लिए कुछ इलेक्ट्रॉनों को खोने की जरूरत है।

उस चैनल के चारों ओर एक रिंग में चलने के लिए एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा इलेक्ट्रॉनों को त्वरित किया जाता है - जोर्न्स द्वारा "बज़ सॉ" के रूप में वर्णित किया गया है - प्रणोदक परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को दस्तक दें और उन्हें सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों में बदल दें। हालांकि, गणनाओं ने सुझाव दिया कि यदि एक हॉल थ्रस्टर इंजन के माध्यम से अधिक प्रणोदक चलाने की कोशिश करता है, तो एक रिंग में घूमने वाले इलेक्ट्रॉनों को गठन से बाहर खटखटाया जाएगा, जिससे "बज़ सॉ" फ़ंक्शन टूट जाएगा।

"यह जितना आप चबा सकते हैं उससे अधिक काटने की कोशिश करने जैसा है," जोर्न्स ने कहा। "भनभनाहट देखी गई इतनी अधिक सामग्री के माध्यम से अपना काम नहीं कर सकती है।"

इसके अलावा, इंजन बेहद गर्म हो जाएगा। जोर्न्स की टीम ने इन मान्यताओं का परीक्षण किया।

"हमने अपने थ्रस्टर को H9 MUSCLE नाम दिया क्योंकि अनिवार्य रूप से, हमने H9 थ्रस्टर लिया और इसे 11 तक घुमाकर एक मसल कार बनाई - वास्तव में सौ तक, अगर हम सटीक स्केलिंग से जा रहे हैं," लीन ने कहा सु, एयरोस्पेस इंजीनियरिंग में डॉक्टरेट के छात्र हैं जो अध्ययन प्रस्तुत करेंगे।

उन्होंने गर्मी की समस्या को पानी से ठंडा करके निपटाया, जिससे उन्हें पता चला कि भनभनाहट कितनी बड़ी समस्या होने वाली थी। पता चला, यह ज्यादा परेशानी नहीं थी। पारंपरिक प्रणोदक क्सीनन के साथ चल रहा है, H9 MUSCLE 37.5 किलोवाट तक चला, लगभग 49% की समग्र दक्षता के साथ, 9 किलोवाट की इसकी डिजाइन शक्ति पर 62% दक्षता से दूर नहीं।

क्रिप्टन, एक हल्की गैस के साथ दौड़ते हुए, उन्होंने 45 किलोवाट पर अपनी बिजली आपूर्ति को अधिकतम किया। 51% की समग्र दक्षता पर, उन्होंने 100-किलोवाट-क्लास X3 हॉल थ्रस्टर के बराबर लगभग 1.8 न्यूटन का अपना अधिकतम थ्रस्ट हासिल किया।

"यह एक अजीब परिणाम है क्योंकि आम तौर पर, क्रिप्टन हॉल थ्रस्टर्स पर क्सीनन की तुलना में बहुत खराब प्रदर्शन करता है। "सु ने कहा।

नेस्टेड हॉल थ्रस्टर्स जैसे X3 -- भी आंशिक रूप से यू-एम द्वारा विकसित किया गया है - इंटरप्लानेटरी कार्गो परिवहन के लिए खोजा गया है, लेकिन वे बहुत बड़े और भारी हैं, जिससे उनके लिए मनुष्यों को परिवहन करना मुश्किल हो जाता है। अब, सामान्य हॉल थ्रस्टर चालक दल की यात्राओं के लिए मेज पर वापस आ गए हैं।

जोर्न्स का कहना है कि हॉल थ्रस्टर्स को इन उच्च शक्तियों पर चलाने के लिए शीतलन समस्या को अंतरिक्ष-योग्य समाधान की आवश्यकता होगी। फिर भी, वह आशावादी है कि अलग-अलग थ्रस्टर्स 100 से 200 किलोवाट पर चल सकते हैं, जो एरे में व्यवस्थित होते हैं जो एक मेगावाट का थ्रस्ट प्रदान करते हैं। यह चालक दल के मिशनों को 250 मिलियन मील की दूरी तय करते हुए सूर्य के सबसे दूर के हिस्से में भी मंगल तक पहुंचने में सक्षम बना सकता है।

टीम को उम्मीद है कि पृथ्वी पर हॉल थ्रस्टर्स और मैग्नेटोप्लाज़्माडायनामिक थ्रस्टर्स दोनों को विकसित करने में शीतलन समस्या के साथ-साथ चुनौतियों का सामना करना पड़ेगा, जहाँ कुछ सुविधाएं मंगल-मिशन-स्तरीय थ्रस्टर्स का परीक्षण कर सकती हैं। थ्रस्टर से निकलने वाले प्रणोदक की मात्रा वैक्यूम पंपों के लिए परीक्षण कक्ष के अंदर की स्थिति को समान रखने के लिए बहुत तेजी से आती है।

अनुसंधान को संयुक्त उन्नत प्रणोदन संस्थान द्वारा समर्थित किया गया था। (एएनआई)