薄い空気から魔法の推進剤を生み出すエンジン – どのようにして? • 登録簿

インタビュー いつか人工衛星が、薄い空気から生成された推進剤を使って独自の推力を生成できるようになるのでしょうか? ジョージ ワシントン大学 (GWU) とプリンストン プラズマ物理研究所の科学者たちはそう考えています。

彼らは、この技術が地球の超低軌道で電力で人工衛星を駆動できることを実証する空気呼吸プラズマエンジン（APEB）のプロトタイプを構築するために、米国政府の最深部神経センターDARPAから100万ドル以上を獲得した。

ここ、 登録簿 これらの未来のエンジン用にプラズマを生成する新しい方法を開発した、GWU の博士課程の学生、アンモル タプルーに話を聞きます。

ザ・レグ: そのアイデアは SF の世界のようですね。 それはどこから来たのか？

で： イオンエンジンの概念はかなり古いものです。 60年代には、推進剤や燃料を宇宙に持ち運ぶ必要がなく、ただ利用するだけでよいという話があったと思います。 [local] リソース。 たとえば、月で水を燃料として利用できるとします。 金属を推進剤として、あるいは空気を燃料として利用できたらどうなるでしょうか? あらゆる種類の理論がありましたが、過去 20 年以内の最近の研究で、関心がさらに高まり始めました。

ザ・レグ：どのようにしてこれに取り組むことになったのですか？

で： 博士課程に進み始めたとき、私はこの分野について知りませんでした。 私のバックグラウンドは航空宇宙工学で、ガス タービン エンジンの研究と宇宙船に関する研究に少し取り組んでいます。 私には空気力学のバックグラウンドがありました。 空気呼吸プラズマ エンジンについて聞いたことがありますが、それは本当にクールで興味深い、そして潜在的に斬新なもののように聞こえます。 それで [my PhD advisor] 言った: これをプロジェクトとしてやってみませんか? 過去 5 ～ 6 年間、これが私の博士課程のテーマであり、最終的には Charge Harmony プロジェクトとして知られる DARPA 賞の受賞につながりました。 私たちはその募集に応募し、100万ドルの賞金を獲得しました。

ザ・レグ: APEB がどのように機能するかを説明していただけますか?

で： エンジンの中には空気が入り、高エネルギーの電子を放出する電子銃があります。 これらの高エネルギー電子は空気と相互作用し、粒子をイオン化します。 それはイオン化と呼ばれる連鎖反応です。 すると、興奮して光る光を発します。 プラズマは電荷、プラスイオンとマイナス電子から生成されます。 今、あなたには電磁場があり、垂直磁場もあります。 荷電粒子はローレンツ力によって加速され、推力が発生します。

ザ・レグ: 宇宙船に電力を供給するために豊富で持続可能なエネルギー源を使用する利点は何ですか?

で： 大気中にはすでに空気があるので、それを燃料として利用できれば、推進剤タンクを運ぶ必要がなくなります。 シンプルな [spacecraft] 設計し、立ち上げコストを削減します。 打ち上げコストが最も低いのはSpaceXのFalcon Heavyで、1kgあたり約1,500ドルかかる。 たとえば 3 ～ 4 キログラムの燃料を使用し、重量も追加されるとします。衛星ごとの打ち上げごとにどれだけの費用を節約できるか想像してみてください。

ザ・レグ: 十分な空気を得るには、APEB で衛星をどのくらい低く飛行させる必要がありますか?

で： 70キロから90キロくらいの超低軌道を目指しているのは我々だけだと思います。 このような種類の軌道は、自己洗浄軌道、または自己脱軌道軌道として知られています。

ザ・レグ：ゆくゆくは会社を立ち上げるとおっしゃっていましたね。 衛星が地球に近い軌道を周回することには、どのような商業的利点があるのでしょうか?

で： このテクノロジーには 3 つの強力なビジネス ケースがあります。 1 つは、地球低軌道にある静止衛星に比べて地球に数十倍近い距離にあるため、非常に高品質な画像処理が可能です。 非常に高解像度の画像処理が可能であり、これは非常に重要です。 災害管理、軍事防衛 – それは確かに巨大な市場です。 2つ目はコミュニケーションです。

3番目の最大の問題はスペースデブリです。 低高度を周回しているため、抗力が生じます。 それでは、人工衛星が制御不能になったとしましょう。燃料は無限であるため、燃料についてはもう話していません。人工衛星は高度の抵抗により自動的に軌道を外れ、再突入時に燃焼します。そのため、宇宙ゴミの形成を防ぐことができます。

ザ・レグ: DARPA Change Harmony プロジェクトにおけるあなたの目標は何ですか?

で： DARPA 契約の次のマイルストーンは、1 を超える推力対抗力比を達成することです。

ザ・レグ: この技術は地球を周回する衛星にのみ役立ちますか?

で： いいえ、私たちはそれが複数のガスで動作することを示したので、潜在的に異なる惑星にも使用できる可能性があります。 それは地球だけでなく、火星、金星、あるいは超低空のタイタンのような惑星を周回する宇宙船にも使用される可能性があります。

ザ・レグ: これを宇宙の実際の衛星に展開できるのはいつ頃になると思いますか?

で： 私の目標は今後5年です。 私は楽観的すぎるかもしれません。 ®