جهاز برينستون فيلد عكس التكوين ، PFRC-2 ، في مختبر فيزياء برينستون بلازما في نيو جيرسي.
(الصورة: © Elle Starkman / PPPL Office of Communications)
قد لا تكون المركبة الفضائية التي تعمل بالاندماج مجرد حلم خيال علمي لفترة أطول.
ال محرك الاندماج المباشر قال مطورو المفهوم إن محرك (DFD) يمكن أن يحلق لأول مرة في عام 2028 أو نحو ذلك ، إذا سار كل شيء وفقًا للخطة.
ستكون هذه أنباء كبيرة لمحبي الفضاء. يمكن أن يحصل DFD بحجم الميني فان على 22000 رطل. (10000 كيلوغرام) مركبة فضائية روبوتية إلى زحل في غضون عامين فقط ، أو على طول الطريق بلوتو قال أعضاء فريق المشروع في غضون خمس سنوات من إطلاقه. (على سبيل المثال: وصلت مهمة كاسيني التابعة لناسا إلى زحل في 6.75 عامًا ، واستغرقت مسبار نيو هورايزونز 9.5 سنوات للوصول إلى بلوتو.)
ويتضاعف المحرك كمصدر طاقة فعال ، مما يعني أن التكنولوجيا يمكن أن يكون لها مجموعة واسعة من التطبيقات خارج الأرض.
على سبيل المثال ، يمكن أن تساعد DFD في تشغيل محطة ناسا الفضائية التي تخطط لدور القمر والمعروفة باسم البوابةبالإضافة إلى القواعد على القمر والمريخ ، قالت عضو فريق المشروع ستيفاني توماس ، نائب رئيس أنظمة برينستون للأقمار الصناعية في بلينسبورو ، نيو جيرسي ، في أواخر الشهر الماضي خلال عرض تقديمي مع مجموعة عمل عمليات ناسا المستقبلية في الفضاء.
يعد DFD نوعًا مختلفًا من التكوين العكسي لمجال Princeton (PFRC) ، وهو مفهوم مفاعل اندماجي تم اختراعه في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين بواسطة صمويل كوهين من مختبر فيزياء برينستون بلازما (PPPL). وأوضح توماس أن DFD هو في الأساس مفاعل PFRC مع نهاية مفتوحة ، يتدفق من خلالها العادم لتوليد الدفع.
سيحتوي الجزء الداخلي من DFD على بلازما ساخنة محتوية مغناطيسيًا الهيليوم -3 و الديوتريوم ، نوع خاص "ثقيل" من الهيدروجين الذي يحتوي على نيوترون واحد في نواته (على عكس الهيدروجين "العادي" ، الذي لا يحتوي على نيوترونات). وقال توماس إن ذرات هذه العناصر سوف تندمج داخل هذه البلازما ، لتولد الكثير من الطاقة - وقليل جدًا من الإشعاع الخطير.
تعمل البلازما المنصهرة على تسخين الوقود الدافئ البارد المتدفق خارج منطقة الحبس. يتم توجيه هذا الدافع خارج فوهة في الجزء الخلفي من المحرك ، مما ينتج قوة دفع.
وقال توماس إن كل هذه الحرارة تترجم إلى الكثير من الطاقة - على الأرجح بين 1 و 10 ميجاوات. سوف يستغل DFD هذه القوة ، باستخدام محرك "دورة Brayton" لتحويل الكثير من الحرارة إلى كهرباء.
هذا يعني أن مهمة DFD ستكون قادرة على القيام بالكثير من العمل العلمي بعد الوصول إلى وجهتها. على سبيل المثال ، يمكن لمركب بلوتو المجهز بالاندماج أن ينقل الطاقة إلى مركبة هبوط على سطح الكوكب القزم ويرسل أيضًا فيديو عالي الوضوح إلى الأرض ، على حد قول توماس.
الاندماج النووي يصعب تسخيره بشكل تقويمي ؛ لم ينجح أحد حتى الآن في إظهار مفاعل اندماج كامل النطاق وقابل للتطبيق تجاريًا. (كما تقول النكتة القديمة ، "الانصهار هو مصدر الطاقة في المستقبل ، وسيظل كذلك دائمًا.") لكن توماس وفريقها يعتقدون أن مفهومهم لديه فرصة حقيقية للنجاح.
وقالت ، "تختلف DFD عن مفاهيم مفاعلات الاندماج الأخرى" ، مستشهدة بالحجم الصغير للمفهوم ، والتشغيل النظيف ، والإشعاع المنخفض ، وطريقة التسخين الفريدة للبلازما (التي تستخدم هوائي موجات الراديو).
حصل فريق DFD على تمويل من مجموعة متنوعة من الوكالات مؤخرًا لمواصلة تطوير المفهوم. على سبيل المثال ، ساعد العمل من 2016 حتى 2019 جولتان من التمويل من برنامج NASA Innovative Advanced Concepts Program ، والذي يهدف إلى تعزيز تطوير من المحتمل أن تكون تقنية طيران فضاء ثورية.
وحصل DFD على جائزة وكالة مشاريع البحوث المتقدمة للطاقة (ARPA-E) هذا العام ، والتي ستمول المزيد من التطوير خلال العام المقبل.
وقد أظهر الفريق بالفعل بعض المفاهيم الأساسية مع تجربة PFRC-1 ، التي تم تشغيلها في PPPL من عام 2008 حتى عام 2011 ، و PFRC-2 ، التي تعمل الآن. لم يحقق الباحثون الانصهار بعد ، لكنهم يأملون في القيام بذلك مع PFRC-4 في منتصف 2020.
سيتبع نموذج الرحلة بعد ذلك بوقت قصير. قال توماس إن المهمة الفعلية يمكن أن تأتي في أعقاب رحلة مظاهرة ناجحة - ربما في وقت مبكر من عام 2028.
- هل كسر هذا المشروع الجديد سر الاندماج في الطاقة؟
- شرح بروتون فيوجن ، مصدر طاقة الشمس ، (رسم توضيحي)
- يقول العلماء إن الرحلات السريعة التي تعمل بالطاقة فيوجن إلى المريخ ليست خيالية
كتاب مايك وول عن البحث عن حياة غريبة "في الخارج"(جراند سنترال للنشر ، 2018 ؛ موضحة من قبل كارل تيت) ، خارج الآن. تابعوه على تويتر michaeldwall. تابعنا على تويتر Spacedotcom أو موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك.
