NASA ma nowatorski pomysł na zasilanie pojazdów kosmicznych – fuzję jądrową w sieci krystalicznej
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Niedawno astronomowie usłyszeli głos z kosmicznych zaświatów. Potężny krótkotrwały impuls na chwilę przyćmił wszystkie źródła sygnałów radiowych. Clancy James z australijskiego Curtin University i jego zespół skanowali nieboskłon za pomocą Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) – zestawu 36 radioteleskopów znajdujących się w Zachodniej Australii – odebrali krótki, bardzo silny sygnał.
Niezwykle podekscytowani stwierdzili, być może odkryli nowy pulsar lub inny obiekt, a że źródło sygnału wydawało się pochodzić z naszej galaktyki, stwierdzili, że nowy obiekt powinien być widoczny za pomocą teleskopów optycznych. Jednak gdy bardziej szczegółowo przeanalizowali sygnał okazało się, że jego źródło było tak blisko, iż ASKAP nie skupić na nim jednocześnie wszystkich swoich anten. A to oznaczało, że źródło sygnału musi znajdować się mniej niż 20 tysięcy kilometrów od Ziemi. Impuls trwał zaledwie 30 nanosekund i przez tę chwilę silniejszy, niż wszystko inne rejestrowane za pomocą radioteleskopów.
Gdy Australijczycy przeanalizowali pozycję źródła sygnału i porównali ją z pozycjami wszystkich znanych satelitów okazało się, że jedynym możliwym źródłem sygnału jest Relay 2. To jeden z pierwszych satelitów w historii. Został wystrzelony w 1964 roku i służył NASA jako eksperymentalne urządzenie komunikacyjne. Agencja przestała używać Relay 2 już w 1965 roku, natomiast pokładowa elektronika satelity działała do roku 1967. Wówczas Relay 2 zamilkł i od tej pory krąży wokół Ziemi jako bezwładny kawałek metalu.
Teraz, po niemal 60 latach satelita znowu wysłał sygnał. Jednak jego urządzenie nie działają, więc źródłem sygnału musiały być czynniki zewnętrzne. Clancy i jego koledzy sądzą, że albo na powierzchni satelity zebrały się ładunki elektrostatyczne i doszło do wyładowania, albo uderzył w niego mikrometeoryt, który wywołał pojawienie się chmury plazmy. Sygnały z obu tych wydarzeń wyglądają podobnie, więc trudno byłoby je odróżnić. Przede wszystkim ktoś musiałby chcieć przeprowadzić takie badania. Tylko po co?
Źródło: A nanosecond-duration radio pulse originating from the defunct Relay 2 satellite, https://arxiv.org/abs/2506.11462
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Fuzja jądrowa to obietnica czystego, bezpiecznego i praktycznie nieskończonego źródła energii. Badania nad nią trwają od dziesięcioleci i nic nie wskazuje na to, byśmy w najbliższym czasie mogli zastosować ją w praktyce. Naukowcy dokonują powolnych, mniejszych lub większych, kroków na przód w kierunku jej opanowania. Uczeni z University of Texas, Los Alamos National Laboratory i Type One Energy Group rozwiązali właśnie poważny problem, który od 70 lat nękał jeden z rodzajów reaktorów fuzyjnych – stellaratory – spowalniając prace nad nimi. Jego rozwiązanie przyda się również w udoskonaleniu tokamaków, innego – znacznie bardziej popularnego – projektu reaktora fuzyjnego.
Jednym z poważnych wyzwań stojących przed wykorzystaniem w praktyce fuzji jądrowej jest utrzymanie wysokoenergetycznych cząstek wewnątrz reaktora. Gdy takie wysokoenergetyczne cząstki alfa wyciekają, uniemożliwia to uzyskanie wystarczająco gorącej i gęstej plazmy, niezbędnej do podtrzymania reakcji. Inżynierowie opracowali złożone metody zapobiegania wyciekom za pomocą pól magnetycznych, jednak w polach takich występują luki, a przewidzenie ich lokalizacji i zapobieżenie im wymaga olbrzymich mocy obliczeniowych i wiele czasu.
Na łamach Physical Review Letters ukazał się artykuł, w którym wspomniani wcześniej naukowcy informują o opracowaniu metody 10-krotnie szybszego przewidywania miejsc pojawiania się luk, bez poświęcania dokładności.
Rozwiązaliśmy problem, który był nierozwiązany od 70 lat. Będzie to znaczący przełom w sposobie projektowania reaktorów, mówi profesor Josh Burry z University of Texas. W stellaratorach wykorzystywany jest układ cewek, za pomocą których generowane są pola magnetyczne. Nazywany jest on „magnetyczną butelką”. Miejsca występowania dziur w magnetycznej butelce można precyzyjnie przewidywać korzystając z zasad dynamiki Newtona. Jednak działanie takie wymaga olbrzymich ilości czasu i wielkich mocy obliczeniowych. Co więcej, by zaprojektować stellarator idealny konieczna byłaby symulacja setek tysięcy różnych projektów i stopniowe dostosowywanie do każdego z nich układu magnetycznej butelki.
By więc oszczędzić czas i pieniądze podczas obliczeń standardowo używa się teorii perturbacji, która daje wyniki przybliżone. Są one jednak znacznie mniej dokładne. Autorzy najnowszych badań podeszli do problemu w inny sposób, wykorzystując teorię symetrii.
Obecnie nie ma innego niż nasz teoretycznego sposobu na rozwiązanie kwestii uwięzienia cząstek alfa. Bezpośrednie zastosowanie zasad dynamiki Newtona jest zbyt kosztowne, a teoria perturbacji związana jest z poważnymi błędami. Nasza teoria jest pierwszą, która radzi sobie z tymi ograniczeniami, dodaje Burry.
Co więcej, nowa praca może pomóc też w rozwiązaniu podobnego, ale innego problemu występującego w tokamakach. W nich z kolei problemem są wysokoenergetyczne elektrony, które dziurawią osłony reaktora. Nowa metoda może pozwolić na zidentyfikowanie luk w polach magnetycznych, przez które elektrony wyciekają.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie misji Voyager wyłączyli niedawno CRS (Cosmic Ray Subsystem) na Voyagerze 1, a za dwa tygodnie wyłączą Low-Energy Charged Particle (LECP) na Voyagerze 2. Instrumenty, jak można domyślić się z ich nazw, odpowiadają za badanie promieniowania kosmicznego oraz niskoenergetycznych jonów. Po wyłączeniu wspomnianych urządzeń na każdej z sond będzą działały po 3 instrumenty naukowe. Odłączanie instrumentów ma na celu zaoszczędzenie energii i przedłużenie czasu działania sond – jedynych wysłanych przez człowieka obiektów, które opuściły Układ Słoneczny.
Voyagery zasilane są przez radioizotopowe generatory termoelektryczne, generujące energię z rozpadu dwutlenku plutonu-238. Początkowo generatory wytwarzały energię o mocy około 475 W, jednak w miarę zużywania się paliwa tracą rocznie około 4,3 W. W przestrzeni kosmicznej przebywają już od 48 lat. Sposobem na poradzenie sobie ze zmniejszaniem mocy, jest wyłączanie kolejnych instrumentów. Jeśli byśmy nie wyłączali instrumentów, Voyagerom zostałoby prawdopodobnie kilka miesięcy pracy, mówi Suzanne Dodd.
Na pokładzie każdej z sond znajduje się 10 identycznych instrumentów naukowych. Zadaniem części z nich było zabranie danych z gazowych olbrzymów Układu Słonecznego, zostały więc wyłączone zaraz po tym, jak sondy skończyły badania tych planet. Włączone zostały te instrumenty, które naukowcy uznali za potrzebne do zbadania heliosfery i przstrzeni międzygwiezdnej. Voyager 1 dotarł do krawędzi heliosfery w 2012 roku, Voyager 2 – w roku 2018.
W październiku ubiegłego roku na Voyagerze 2 wyłączono instrument badający ilość plazmy i kierunek jej ruchu. W ostatnich latach instrument ten zebrał niedużą ilość danych, gdyż jest zorientowany w kierunku przepływu plazmy w ośrodku międzygwiezdnym. Voyager 1 przestał badać plazmę wiele lat temu, ze względu na spadającą wydajność urządzenia.
Wyłączony właśnie CRS na Voyagerze 1 to zestaw trzech teleskopów badających m.in. protony z przestrzeni międzygwiezdnej i Słońca. Dane te pozwoliły określić, w którym miejscu i kiedy Voyager 1 opuścił heliosferę. LECP na Voyagerze 2, który ma zostać wkrótce wyłączony, bada różne jony, elektrony i promieniowanie kosmiczne zarówno z Układu Słonecznego, jak i spoza niego.
Oba instrumenty wykorzystują obracające się platformy, mogą więc prowadzić badania w promieniu 360 stopni. Platformy wyposażono w silniki krokowe, które o obracały je co 192 sekundy. Na Ziemi platformy zostały przetestowane na 500 000 kroków. Tyle, ile potrzeba było, by misje doleciały do Saturna. Okazały się jednak znacznie bardziej wytrzymałe. Mają za sobą już ponad 8,5 miliona kroków.
Voyagery miały zbadać zewnętrzne planety Układu Słonecznego i już dawno przekroczyły przewidywany czas działania. Każdy bit dodatkowych danych, które od tej pory udało się zebrać, to nie tylko wartościowa informacja dla heliofizyki, ale też świadectwo niezwykłych osiągnięć inżynieryjnych, stwierdza Patrick Koehn, odpowiedzialny za program naukowy Voyagerów.
Inżynierowie NASA starają się, by instrumenty naukowe na sondach działały jak najdłużej, gdyż dostarczają unikatowych danych. W tak dalekich regionach kosmosu nie pracował jeszcze żaden instrument i przez najbliższe dziesięciolecia żaden nowy nie zostanie tam wysłany.
Wyłączenie wspomnianych urządzeń oznacza, że sondy będą miały wystarczająco dużo energii, by działać przez około rok, zanim zajdzie konieczność wyłączenia następnych urządzeń. W tej chwili na Voyagerze 1 pracuje magnetometr i Plasma Wave Subsystem (PWS), odpowiedzialny za badanie gęstości elektronowej. Działa też LECP, który zostanie wyłączony w przyszłym roku. Na Voyagerze 2 działają zaś – nie licząc LECP, który wkrótce będzie wyłączony – magnetometr, PWS oraz CRS. W przyszłym roku inżynierowie wyłączą ten ostatni.
Eksperci z NASA mają nadzieję, że dzięki tego typu działaniom jeszcze w latach 30. bieżącego wieku na każdym z Voyagerów będzie pracował jeszcze co najmniej 1 instrument naukowy. Czy tak się stanie, tego nie wiadomo. Trzeba pamiętać, że obie sondy od dziesięcioleci ulegają powolnej degradacji w surowym środowisku pozaziemskim.
Obecnie Voyager 1 znajduje się w odległości ponad 25 miliardów kilometrów od Ziemi, a do Voyagera 2 dzieli nas 21 miliardów km. Sygnał radiowy do pierwszego z nich biegnie ponad 23 godziny, do drugiego – 19,5 godziny.
W każdej minucie każdego dnia Voyagery badają zupełnie nieznane nam regiony, dodaje Linda Spilker z Jet Propulsion Laboratory. Oba pojazdy można na bieżąco śledzić na stronach NASA.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed dziewięcioma dniami, 12 lutego, tokamak WEST z francuskiego centrum badawczego Cadarache utrzymał plazmę przez 1337 sekund, bijąc w ten sposób niedawny chiński rekord 1066 sekund. Ostatecznym celem tego typu badań jest opracowanie metod długotrwałego utrzymania plazmy oraz stworzenie materiałów zdolnych wytrzymania niezwykle wysokich temperatur i dawek promieniowania.
Badacze z CEA (Komisja energii atomowej), do którego należy Cadarache zapowiadają, że w najbliższych miesiącach znacząco zwiększą zarówno czas utrzymania plazmy, jak i jej temperaturę. Podczas rekordowego eksperymentu plazma w tokamaku była grzana falami radiowymi z pojedynczej anteny o mocy 2 MW. Badacze postawili sobie ambitny cel. Chcą zwiększyć moc grzewczą do 10 MW, wciąż utrzymując plazmę przez ponad 1000 sekund. Jeśli im się uda, będzie to odpowiadało uzyskaniu mocy rzędu gigawatów w dużych reaktorach, takich jak ITER. A to z kolei pozwoli sprawdzić żywotność wolframowych elementów wystawionych na oddziaływanie plazmy w tak ekstremalnych warunkach. Francuscy eksperci wchodzą w skład wielu zespołów pracujących nad opanowaniem fuzji jądrowej. Można ich spotkać przy projektach JT-60SA w Japonii, EAST w Chinach, KSTAR w Korei Południowej oraz, oczywiście, ITER.
Badania prowadzone we wspomnianych tutaj urządzeniach maja na celu opanowanie fuzji jądrowej i zapewnienie nam w przyszłości niezbędnej energii. Fuzja jądrowa – czyli reakcja termojądrowa – to obiecujące źródło energii. Polega ona na łączeniu się atomów lżejszych pierwiastków w cięższe i uwalnianiu energii. To proces, który zasila gwiazdy. Taki sposób produkcji energii na bardzo wiele zalet. Nie dochodzi tutaj do uwalniania gazów cieplarnianych. Na Ziemi są olbrzymie zasoby i wody i litu, z których można pozyskać paliwo do fuzji jądrowej, deuter i tryt. Wystarczą one na miliony lat produkcji energii. Takiego luksusu nie mamy ani jeśli chodzi o węgiel czy gaz ziemny, ani o uran do elektrowni atomowych. Tego ostatniego wystarczy jeszcze na od 90 (według World Nuclear Association) do ponad 135 lat (wg. Agencji Energii Atomowej). Fuzja jądrowa jest niezwykle wydajna. Proces łączenia atomów może zapewnić nawet 4 miliony razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy gazu i cztery razy więcej energii niż wykorzystywane w elektrowniach atomowych procesy rozpadu atomów.
Co ważne, w wyniku fuzji jądrowej nie powstają długotrwałe wysoko radioaktywne odpady. Te, które powstają są na tyle mało radioaktywne, że można by je ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi po nie więcej niż 100 latach. Nie istnieje też ryzyko proliferacji broni jądrowej, gdyż w procesie fuzji nie używa się materiałów rozszczepialnych, a radioaktywny tryt nie nadaje się do produkcji broni. Nie ma też ryzyka wystąpienia podobnych awarii jak w Czernobylu czy Fukushimie. Jednak fuzja jądrowa to bardzo delikatny proces, który musi przebiegać w ściśle określonych warunkach. Każde ich zakłócenie powoduje, że plazma ulega schłodzeniu w ciągu kilku sekund i reakcja się zatrzymuje.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Przed trzema dniami, gdy świat świętował Wigilię Bożego Narodzenia, sonda Parker Solar Probe przeleciała rekordowo blisko Słońca. Operatorzy misji z Johns Hopkins Applied Physics Laboratory odebrali przed kilkoma godzinami dane potwierdzające, że przelot przebiegł zgodnie z planem. To pierwszy sygnał z PSP od czasu, gdy rozpoczęła ona procedurę bliskiego przelotu.
Parker Solar Probe znalazła się w odległości 6,1 miliona kilometrów od powierzchni Słońca, pędząc z prędkością 692 tysięcy km/h. Teraz nadzór misji czeka na informacje o stanie sondy. Mają one nadejść w ciągu najbliższych godzin. Natomiast 1 stycznia na Ziemię powinny trafić dane, z których dowiemy się więcej na temat warunków panujących w obszarze, w który zapuściła się sonda. Żaden wykonany przez człowieka obiekt nigdy nie znalazł się tak blisko gwiazdy, Parker dostarczy nam informacji z niezbadanych obszarów, mówi Nick Pinkine, menedżer misji.
Parker Solar Probe została wystrzelona w sierpniu 2018 roku. Po raz pierwszy „dotknęła Słońca” dnia 28 kwietnia 2021 roku. Zewnętrzna krawędź Słońca jest wyznaczana przez powierzchnię krytyczną Alfvéna. To miejsce poniżej którego Słońce i jego siły grawitacyjne i magnetyczne bezpośrednio kontrolują wiatr słoneczny. W kwietniu 2021 roku PSP spędziła 5 godzin poniżej powierzchni krytycznej Alfvéna, w obszarze, gdzie ciśnienie i energia pola magnetycznego gwiazdy są silniejsze niż ciśnienie i energia cząstek przezeń emitowanych. Tym samym PSP stała się pierwszym pojazdem kosmicznym, który dotknął atmosfery naszej gwiazdy.
Parker Solar Probe to urządzenie rozmiarów małego samochodu. Jego celem jest atmosfera Słońca znajdująca się w odległości około 6,5 miliona kilometrów od powierzchni gwiazdy. Głównym zadaniem misji jest zbadanie, w jaki sposób w koronie Słońca przemieszcza się energia i ciepło oraz odpowiedź na pytanie, co przyspiesza wiatr słoneczny. Naukowcy wiążą z misją olbrzymie nadzieje, licząc, że zrewolucjonizuje ona rozumienie Słońca, Układu Słonecznego i Ziemi.
Pojazd może przetrwać temperatury dochodzące do 1370 stopni Celsjusza. Pomaga mu w tym gruba na 11,5 centymetra osłona termiczna (Thermal Protection System) z kompozytu węglowego. Jej zadaniem jest ochrona czterech instrumentów naukowych, które badają pola magnetyczne, plazmę, wysokoenergetyczne cząstki oraz obrazują wiatr słoneczny. Instrumenty mają pracować w temperaturze pokojowej.
TPS składa się z dwóch paneli węglowego kompozytu, pomiędzy którymi umieszczono 11,5 centymetra węglowej pianki. Ta strona osłony, która jest zwrócona w kierunku Słońca została pokryta specjalną białą warstwą odbijającą promieniowanie cieplne. Osłona o średnicy 2,5 metra waży zaledwie 72,5 kilograma. Musiała być ona lekka, by poruszająca się z olbrzymią prędkością sonda mogła wejść na odpowiednią orbitę wokół naszej gwiazdy.
Parker Solar Probe jest pierwszym pojazdem kosmicznym NASA nazwanym na cześć żyjącej osoby. W ten sposób uhonorowano profesora astrofizyki Eugene'a Parkera z University of Chicago. Zwykle misje NASA zyskują nową, oficjalną nazwę, po starcie i certyfikacji. Tym razem było inaczej. W uznaniu zasług profesora Parkera na polu fizyki Słońca oraz dla podkreślenia, jak bardzo misja jest związana z prowadzonymi przez niego badaniami, zdecydowano, że oficjalna nazwa zostanie nadana przed startem. Tym samym Parker stał się pierwszym człowiekiem, który zobaczył start misji NASA nazwanej jego imieniem. Uczony zmarł w 2022 roku, w wieku 94 lat.
Aby nie ulec potężnej grawitacji Słońca, które stanowi przecież 99,8% masy Układu Słonecznego, PSP musiał osiągnąć prędkość nie mniejszą niż 85 000 km/h. Nie jest to łatwe, dlatego też pojazd aż siedmiokrotnie korzystał z asysty grawitacyjnej Wenus.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.