Plasma Voortstuwing: Kan SpaceX Advanced Plasma Propulsion gebruiken voor Starship?

By Fouad Sabry

Wat is plasma-aandrijving

Een SpaceX-ruimteschip, aangedreven door chemische methylox-motoren, heeft tot zes maanden nodig om Mars te bereiken. Op aarde is de blootstelling aan straling minder dan 2,5 milliseivert per jaar. Bij hun nadering van Mars zullen kolonisten worden geconfronteerd met niveaus die 300 keer hoger zijn dan dat. Kunnen we supergeleidende geavanceerde plasmavoortstuwingstechnologieën gebruiken om de tijd terug te brengen tot 30 dagen? Neutron Star Systems heeft een verbeterd magnetoplasmadynamisch boegschroefsysteem ontwikkeld dat gebruikmaakt van supergeleidende elektromagneten van zeldzame aarde-bariumkoperoxide op hoge temperatuur om de prestaties van de plasmavoortstuwing aanzienlijk te verbeteren en tegelijkertijd minder elektriciteit te verbruiken. Dit zou de toekomst kunnen zijn voor voortstuwing van ruimtevluchten.

Technisch gezien zijn er twee soorten aandrijfsystemen, namelijk chemisch en elektrisch, afhankelijk van de bronnen van de brandstof. Elektrostatische stuwraketten worden gebruikt voor het lanceren van kleine satellieten in een lage baan om de aarde die in staat zijn om gedurende lange tijdsintervallen stuwkracht te leveren. Deze boegschroeven verbruiken minder brandstof in vergelijking met chemische voortstuwingssystemen. Om kosten te besparen zijn ruimtewetenschappers daarom geïnteresseerd in het ontwikkelen van stuwraketten op basis van elektrische voortstuwingstechnologie.

Kan SpaceX geavanceerde plasmavoortstuwing gebruiken voor ruimteschepen?

Hoe u profiteert

(I) Inzichten en validaties over de volgende onderwerpen:

Hoofdstuk 1: Plasma-voortstuwingsmotor
Hoofdstuk 2: Ruimtevlucht
Hoofdstuk 3: Vleugelloos elektromagnetisch luchtvoertuig
Hoofdstuk 4: Elektrisch aangedreven voortstuwing van ruimtevaartuigen
Hoofdstuk 5: Ionenschroef
Hoofdstuk 6: Stellarator
Hoofdstuk 7: Elektrisch zeil
Hoofdstuk 8: MagBeam
Hoofdstuk 9: voortstuwing van ruimtevaartuigen
Hoofdstuk 10: Geavanceerd elektrisch voortstuwingssysteem
Hoofdstuk 11: Anti-zwaartekracht
Hoofdstuk 12: Kunstmatige zwaartekracht

(II) Beantwoorden van de belangrijkste vragen van het publiek over plasmavoortstuwing.
(III) Voorbeelden uit de praktijk voor het gebruik van plasmavoortstuwing op veel gebieden.
(IV) 17 bijlagen om kort uit te leggen 266 opkomende technologie in elke branche om 360-graden volledig begrip te hebben van de technologieën voor plasmavoortstuwing.

Voor wie is dit boek

Professionals, niet-gegradueerde en afgestudeerde studenten, enthousiastelingen, hobbyisten en degenen die verder willen gaan dan basiskennis of informatie voor elke vorm van plasmaaandrijving.

• Language: Nederlands
• Publisher: Een Miljard Goed Geïnformeerd [Dutch]
• Release date: Nov 5, 2021

Book preview

Andere boeken van de auteur

1 – Slimme machines

2 - Brain Computer Interface

3 – Zwermintelligentie

4 – Autonome voertuigen

5 – Autonome drones

6 – Autonome robotica

7 – Autonome wapens

8 – Landbouwrobotica

9 – Gesloten ecologische systemen

10 – Kweekvlees

11 – Verticale landbouw

12 – Plasma voortstuwing

***

Serie van De Auteur

Opkomende technologieën in de informatietechnologie

1 – Slimme machines

Opkomende technologieën in de neurowetenschappen

1 - Brain Computer Interface

Opkomende technologieën in robotica

1 – Zwermintelligentie

Opkomende technologieën in autonome dingen

1 – Autonome voertuigen

2 – Autonome drones

3 – Autonome robotica

4 – Autonome wapens

Opkomende technologieën in de landbouw

1 – Landbouwrobotica

2 – Gesloten ecologische systemen

3 – Kweekvlees

4 – Verticale landbouw

Opkomende technologieën in de ruimte

1 - Plasma voortstuwing

***

Een miljard goed geïnformeerd

Plasma-voortstuwing

Kan SpaceX Advanced Plasma Propulsion gebruiken voor Starship?

Fouad Sabry

Auteursrecht

Plasma Propulsion Copyright © 2021 door Fouad Sabry. Alle rechten voorbehouden.

Alle rechten voorbehouden. Niets uit dit boek mag worden gereproduceerd in welke vorm dan ook of met elektronische of mechanische middelen, inclusief systemen voor het opslaan en ophalen van informatie, zonder schriftelijke toestemming van de auteur. De enige uitzondering is door een recensent, die korte fragmenten in een recensie kan citeren.

Cover ontworpen door Fouad Sabry.

Dit boek is een fictief werk. Namen, personages, plaatsen en incidenten zijn producten van de verbeelding van de auteur of worden fictief gebruikt. Elke gelijkenis met werkelijke personen, levend of dood, gebeurtenissen of locaties is volledig toevallig.

Bonus

U kunt een e-mail sturen naar 1BKOfficial.Org+PlasmaPropulsion@gmail. com met de onderwerpregel PlasmaPropulsion: Can SpaceX use Advanced Plasma Propulsion for Starship? , of klik gewoon op deze link en klik op verzenden op uw e-mailclient, en u ontvangt een e-mail met de eerste paar hoofdstukken van dit boek.

Fouad Sabry

Bezoek de 1BK-website  op

www.1BKOfficial.org

Inleiding

Waarom heb ik dit boek geschreven?

Het verhaal van het schrijven van dit boek begon in 1989, toen  ik een student was opde middelbare school voorgevorderde studenten.

Het lijkt opmerkelijk veel op  de STEM-scholen (Science, Technology, Engineering en Mathematics),die nu beschikbaarzijn in veel geavanceerde landen.

STEM is een curriculum gebaseerd op het idee om studenten op te leiden in vier specifieke disciplines - wetenschap, technologie, engineering en wiskunde - in een interdisciplinaire en toegepaste benadering. Deze term wordt meestal gebruikt om een onderwijsbeleid of een curriculumkeuze op scholen aan te pakken. Het heeft implicaties voor de ontwikkeling van het personeelsbestand, nationale veiligheidskwesties en immigratiebeleid.

Er was  een wekelijkse les in de bibliotheek, waar elke student vrij is om een boek te kiezen en 1 uur te lezen. Het doel  van de les is om de studenten aan te  moedigen om andere vakken dan het onderwijscurriculum te lezen.   

In de bibliotheek, terwijl ik naar de boeken op de planken keek, zag ik enorme boeken, in totaal 5.000  pagina's  in 5 delen. De naam van het boek is  The Encyclopedia of Technology, die allesom ons heen beschrijft, f rom absolute nul tothalfgeleiders, bijna elke technologie, in die tijd, werd uitgelegd met kleurrijke illustraties en eenvoudige woorden. Ik begon de encyclopedie te lezen, en natuurlijk was ik niet in staat om het af te maken in de  wekelijkse lesvan 1 uur .

Dus overtuigde ik mijn vader om de encyclopedie te kopen. Mijn vader kocht alle technologische hulpmiddelen voor mij in het begin van mijn leven, de eerste computer en de eerste technologische encyclopedie, en beide hebben een grote impact op mezelf en mijn carrière.

Ik heb de hele encyclopedie in dezelfde zomervakantie van dit jaarvoltooid ,en toen begon ik te zien hoe het universum werkt en hoe ik die kennis kan toepassen op alledaagse problemen.

Mijn passie voor de technologie begon meer dan 30 jaar geleden en nog steeds gaat de reis door.

Dit boek maakt deel uit van The Encyclopedia of EmergingTechnologies, wat mijn poging is om de lezers dezelfde geweldige ervaring te geven die ik had toen ik op de middelbare school zat, maar in plaats van 20e century-technologieën, ben ik meer geïnteresseerd inde 21e eeuw opkomende technologieën, toepassingen en industriële oplossingen.

The Encyclopedia of Emerging Technologies zal bestaan uit 365 boeken, elk boek zal gericht zijn op één opkomende technologie. U kunt de lijst met opkomende technologieën en hun categorisering per industrie lezen in het deel van Coming Soon, aan het einde van het boek.

365 boeken om de lezers de kans te geven om hun kennis over een enkele opkomende technologie elke dag in de loop van een jaar te vergroten.

***

Introductie

Hoe heb ik dit boek geschreven?

In elk boek van The Encyclopedia of Emerging Technologies probeer ik directe, ruwe zoekinzichten te krijgen, rechtstreeks uit de hoofden van de  mensen,in een poging hun vragen over de opkomende technologietebeantwoorden.

Er zijn elke dag 3 miljard Google-zoekopdrachten en 20% daarvan is nog nooit eerder gezien. Ze zijn als een directe lijn naar de gedachten van de mensen.

Soms is dat 'Hoe verwijder ik papierstoring'. Andere keren zijn het de wringende angsten en geheime verlangens die ze alleen maar met Google zouden durven delen.

In mijn streven om een onaangeboorde goudmijn van inhoudsideeën  over Plasma Propulsionteontdekken,  gebruik ik veel tools om te luisteren naar automatisch aangevulde gegevens van zoekmachines zoals Google, en vervolgens snel elke nuttige zin en vraag uit,de mensen vragen rond het trefwoord PlasmaPropulsion.

Het is een goudmijn vanmenseninzicht,  ik kan het gebruiken om frisse, ultra-nuttige inhoud, producten en diensten te creëren. De aardige  mensen– zoals jij –willen echt.

Zoekopdrachten naar mensen zijn de belangrijkste dataset ooit verzameld over de menselijke psyche. Daarom is dit boek een live  product,  en voortdurend bijgewerkt door meer en meer antwoorden op nieuwe vragen over PlasmaPropulsion, gesteld door mensen, net als jij en ik, die zich afvragen over deze nieuwe opkomende technologie en er meer over willen weten.

De aanpak voor het schrijven van dit boek is om een dieper niveau van begrip te krijgen van hoe mensen rondzoeken  Plasma Propulsion,  vragen en vragen onthullen die  ik niet noodzakelijkerwijs uit  mijn  hoofd zoudenken, en deze vragen beantwoorden in super gemakkelijke  en  verteerbare  woorden,  en om te  navigeren het  boek  rond op een rechttoe rechtaan manier.

Dus als het gaat om het schrijven van dit boek, heb ik ervoor gezorgd dat het zo geoptimaliseerd en doelgericht mogelijk is. Dit boek  heeft als doelde mensen tehelpen hun kennis over Plasma Propulsionverder te begrijpen en te laten groeien. Ik probeer de vragen van mensen zo goed mogelijk te beantwoorden en veel meer te laten zien.

Het is een fantastische en mooie manier om vragen en problemen die de mensenhebben te verkennen en direct te beantwoorden,en  inzicht, validatie en creativiteit toe te voegen aan de inhoud van het boek - zelfs pitches en voorstellen. Het boek  onthult rijke, minder drukke en soms verrassende gebieden van  heronderzoekdie  ik anders niet zou bereiken. Het lijdt geen twijfel dat vanmij  wordt verwacht dat  het de kennis van de geest van de  potentiële  lezerszal vergroten, na het lezen van het boek met behulp vandeze benadering.

Ik heb een unieke aanpak toegepast om de inhoud van dit boek altijd fris te maken. Deze aanpak is afhankelijk van het luisteren naar de geest van de mensen, door gebruik te maken van de zoekhulpmiddelen. Deze aanpak heeft mij geholpen om:

Ontmoet de lezers precies waar ze zijn, zodat ik relevante inhoud kan maken die een snaar raakt en meer begrip voor het onderwerp genereert.

Houd de vinger aan de pols, zodat ik updates kan krijgen wanneer mensen op nieuwe manieren over deze opkomende technologie praten en trends in de loop van de tijd kan volgen.

Ontdek verborgen schatten van vragen die antwoorden nodig hebben over de opkomende technologie om onverwachte inzichten en verborgen niches te ontdekken die de relevantie van de inhoud vergroten en het een winnende voorsprong geven.

Stop met het verspillen van tijd aan gutfeel en giswerk over de inhoud die de lezers willen en vul de inhoud van het boek met wat de mensen nodig hebben en neem afscheid van  de eindeloze inhoudsideeën op basis van  speculaties.

Neem solide beslissingen en neem minder risico's,om op de eerste rij te gaan zitten met wat mensen willen lezen en willen weten - in realtime - en gebruik zoekgegevens om gedurfde beslissingen te nemen,over welke onderwerpen moeten worden opgenomen en welke onderwerpen moeten worden uitgesloten.

Stroomlijn mijn contentproductie om contentideeën te identificeren zonder handmatig individuele meningen te hoeven doorzoeken om dagen en zelfs weken tijd te besparen.

Het is geweldig om de mensen te helpen hun kennis op een  eenvoudige  manier te vergroten door gewoon hun vragen te beantwoorden.

Ik denk dat de aanpak van het schrijven van dit boek uniek is omdat  het zich verzamelt  en de belangrijke vragen volgt die door de lezers  op  zoekmachines worden gesteld .

***

Bevestigingen

Het schrijven van een boek is moeilijker dan ik dacht en meer de moeite waard dan ik me ooit had kunnen voorstellen. Niets van dit alles zou mogelijk zijn geweest zonder het werk van prestigieuze onderzoekers,  en ik wil graag hun inspanningen erkennen om  de kennis van het publiek over deze opkomende technologie te vergroten.

***

Toewijding

Voor de verlichte, degenen die de dingen anders zien en willen dat de wereld beter wordt - ze zijn niet dol op de status quo of de bestaande staat ... Je kunt het te veel met ze oneens zijn, en je kunt nog meer met ze discussiëren, maar je kunt ze niet negeren en je kunt ze niet onderschatten, omdat ze altijd dingen veranderen ... ze duwen het menselijk ras vooruit, en terwijl sommigen hen misschien zien als de gekken of amateurs, zien anderen genie en vernieuwers, omdat degenen die verlicht genoeg zijn om te denken dat ze de wereld kunnen veranderen, degenen zijn die dat doen en de mensen naar de verlichting leiden.

***

Motto

Een SpaceX Starship aangedreven door chemische methyloxmotoren zal er tot zes maanden over doen om Mars te bereiken. Op aarde is de blootstelling aan straling minder dan 2,5 milliseivert per jaar. Bij hun nadering van Mars zullen kolonisten te maken krijgen met niveaus die 300 keer hoger zijn dan dat. Kunnen we supergeleidende geavanceerde plasmavoortstuwingstechnologieën gebruiken om de tijd terug te brengen tot 30 dagen? Neutron Star Systems heeft een verbeterd magnetoplasmadynamisch stuwraketsysteem ontwikkeld dat gebruik maakt van zeldzame aardbariumkoperoxide hoge temperatuur supergeleidende elektromagneten om de plasmavoortstuwingsprestaties aanzienlijk te verbeteren terwijl ze minder elektriciteit verbruiken. Dit zou de weg van de toekomst kunnen zijn voor de voortstuwing van ruimtevaart.

***

Inhoudsopgave

Plasma-voortstuwing

Andere boeken van de auteur

Serie van De Auteur

Plasma-voortstuwing

Auteursrecht

Bonus

Inleiding

Introductie

Bevestigingen

Toewijding

Motto

Inhoudsopgave

Hoofdstuk 1: Plasma Propulsion Engine

Hoofdstuk 2: Ruimtevaart

Hoofdstuk 3: Wingless Elektromagnetisch Luchtvoertuig

Hoofdstuk 4: Elektrisch aangedreven voortstuwing van ruimtevaartuigen

Hoofdstuk 5: Ionenschroef

Hoofdstuk 6: Stellarator

Hoofdstuk 7: Elektrisch zeil

Hoofdstuk 8: MagBeam

Hoofdstuk 9: Voortstuwing van ruimtevaartuigen

Hoofdstuk 10: Geavanceerd elektrisch voortstuwingssysteem

Hoofdstuk 11: Anti-zwaartekracht

Hoofdstuk 12: Kunstmatige zwaartekracht

Epiloog

Over de auteur

Binnenkort beschikbaar

Bijlagen: Opkomende technologieën in elke branche

***

Hoofdstuk 1: Plasma Propulsion Engine

Background pattern Description automatically generated

Een stuwraket tijdens het testen van het afvuren

Artist weergave van VASIMR plasma engine

Een plasmavoortstuwingsmotor is een type elektrische voortstuwing dat een quasi-neutraal plasma gebruikt om stuwkracht te genereren. Ionenschroefmotoren daarentegen genereren stuwkracht door een ionenstroom uit de plasmabron te halen en deze tot hoge snelheden te versnellen met behulp van rasters / anoden. Deze zijn er in verschillende soorten (zie elektrische voortstuwing). In de wetenschappelijke literatuur wordt de uitdrukking plasmaschroef echter soms gebruikt om te verwijzen naar stuwraketten die normaal gesproken ionenmotoren worden genoemd.

Plasmaraketten gebruiken normaal gesproken geen hoogspanningsnetten of anoden /kathodes om geladen deeltjes in plasma te versnellen, maar gebruiken eerder interne stromen en potentialen om de ionen te versnellen, wat resulteert in een lagere uitlaatsnelheid als gevolg van het ontbreken van hoge versnellende spanningen.

Er zijn verschillende voordelen aan het gebruik van dit soort boegschroef. De afwezigheid van anode-hoogspanningsnetten elimineert een potentieel beperkend aspect als gevolg van netionenerosie. De plasma-uitlaat is 'quasi-neutraal', wat betekent dat het een gelijk aantal positieve ionen en elektronen bevat, waardoor eenvoudige ion-elektronrecombinatie in de uitlaat de uitlaatpluim kan neutraliseren, waardoor de behoefte aan een elektronenkanon (holle kathode) wordt geëlimineerd. Met behulp van een externe antenne creëert zo'n stuwraket vaak het bronplasma met behulp van radiofrequentie of microgolfstraling. Deze eigenschap, gecombineerd met het ontbreken van holle kathodes (die gevoelig zijn voor alle behalve edelgassen), maakt het mogelijk om deze stuwraket te gebruiken met een breed scala aan drijfgassen, van argon tot koolstofdioxide luchtmengsels tot astronautenurine.

Plasmamotoren zijn beter geschikt voor interplanetaire missies.

Veel ruimtevaartorganisaties, waaronder de European Space Agency, de Iranian Space Agency en de Australian National University, ontwikkelden plasmavoortstuwingssystemen.

Geschiedenis

Sommige plasmamotoren zijn gebruikt in missies en hebben een actieve vliegtijd gezien. NASA werkte samen met Busek om in 2011 de eerste hall effect thruster aan boord van de Tacsat-2 satelliet te lanceren. De stuwraket diende als het primaire voortstuwingssysteem voor de satelliet. Datzelfde jaar bracht het bedrijf nog een hall effect thruster uit. Wuhan University publiceerde in 2020 onderzoek naar een plasmajet.

De VASIMR wordt ontwikkeld door Ad Astra Rocket Company. De 200 kW RF-generatoren die nodig zijn om het drijfgas te ioniseren, worden vervaardigd door het Canadese bedrijf Nautel. Sommige componenttests en Plasma Shoot -studies worden uitgevoerd in een laboratorium in Liberia, Costa Rica. Dr. FranklinChang-Daz,een voormalige NASA-astronaut, heeft de leiding over dit project (CRC-USA).

Costa Rican Aerospace Alliance heeft de oprichting aangekondigd van externe ondersteuning voor de VASIMR, die buiten het internationale ruimtestation ZAL WORDEN geïnstalleerd. Deze fase van het plan om de VASIMR in een baan om de aarde te testen zou in 2016 plaatsvinden.

Voordelen

De specifieke impulswaarde(Isp)van plasmamotoren is aanzienlijk hoger dan die van de meeste andere soorten rakettechnologie. De VASIMR-thruster kan worden gesmoord voor impulsen hoger dan 12000 seconden en hall-thrusters hebben 2000 seconden bereikt. Dit is een grote verbetering ten opzichte van standaard chemische raket bipropellant brandstoffen, die specifieke impulsen van 450 s hebben. Plasmaraketten met een hoge impuls kunnen relatief hoge snelheden bereiken gedurende lange perioden van versnelling. Volgens ex-astronaut Franklin Chang-Diaz kan de VASIMR-stuwraket in slechts 39 dagen een lading naar Mars vervoeren met een maximale snelheid van 34 mijl per seconde (55 km / s).

Bepaalde plasmaschroeven, zoals de mini-helicon,hebben lof gekregen voor hun gebruiksgemak en efficiëntie. Hun werkingstheorie is vrij basaal en ze kunnen een aantal gassen of combinaties van gassen gebruiken.

Deze kwaliteiten suggereren dat plasmaschroeven waarde hebben voor veel missieprofielen.

Nadelen

De energiebehoefte is misschien wel de belangrijkste barrière voor de bruikbaarheid van plasmaschroeven. De VX-200-motor gebruikt bijvoorbeeld 200 kW elektrisch vermogen om 5 N stuwkracht te creëren, of 40 kW / N. Splijtingsreactoren kunnen mogelijk aan deze vermogensbehoefte voldoen, maar de reactormassa (inclusief warmteafstotingsmechanismen) kan onbetaalbaar zijn.

Plasma-erosie is een ander probleem. Tijdens bedrijf kan het plasma de wanden van de boegschroefholte en ondersteuningsstructuur thermisch aborteren, wat resulteert in systeemstoringen.

Plasmamotoren zijn ongeschikt voor lancering naar de aarde vanwege hun extreem lage stuwkracht. Deze raketten hebben een maximale stuwkracht van gemiddeld ongeveer 2 pond. Plasmaschroeven zijn uiterst efficiënt in de wijde ruimte, maar ze doen niets om de kosten van chemische raketten in een baan om de aarde te compenseren.

Motortypes

Helicon plasma stuwraketten

Helicon plasma stuwraketten maken gebruik van laagfrequente elektromagnetische golven (Helicon golven), die in plasma aanwezig zijn wanneer het wordt blootgesteld aan een statisch magnetisch veld. Een RF-antenne gewikkeld rond een gaskamer genereert golven die het gas prikkelen, wat resulteert in plasma. Het plasma wordt met hoge snelheid ontladen om stuwkracht te genereren via versnellingsschema's die verschillende combinaties van ideale topologische elektrische en magnetische velden vereisen. Ze zijn geclassificeerd als elektrodeloze stuwraketten. Omdat deze stuwraketten meerdere drijfgassen kunnen gebruiken, zijn ze gunstig voor langere vluchten. Ze kunnen worden gemaakt met behulp van goedkope materialen zoals een glazen frisdrankfles.

Magnetoplasmadynamische stuwraketten

Magnetoplasmadynamic thrusters (MPD) genereren stuwkracht door gebruik te maken van de Lorentzkracht (een kracht die ontstaat door de interactie van een magnetisch veld en een elektrische stroom). In aanwezigheid van een magnetisch veld zorgt de elektrische lading die door het plasma stroomt ervoor dat het versnelt. De meeste gepulseerde plasmaschroeven vertrouwen op de Lorentzkracht om te functioneren.

Gepulseerde inductieve stuwraketten

Pulsed inductive thrusters (PIT)