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941.   O Motor Que Poderia Levar Humanos a Marte com 100 Milhões de Vezes Menos Combustível

NASA financia propulsores de plasma para navegação no espaço profundo


  A NASA quer enviar humanos a um asteróide em 2025 e a Marte nos anos 2030.

  Em uma etapa em direção a esta meta, a agência espacial está financiando motores de plasma que poderiam propelir astronautas ao Planeta Vermelho com muito menos combustível.

  O protótipo de propulsor do tamanho de um tampo de mesa, chamado o “X3”, usa um jato de plasma a 45.000 mph (72.000 kph) para impulsionar adiante a espaçonave.

  Como ele consome 100 milhões de vezes menos combustível que foguetes químicos convencionais, o propulsor é ideal para explorar Marte, asteróides e o limite do Sistema Solar.

  O protótipo foi criado por engenheiros da Universidade de Michigan (U.M.) no programa Parcerias de Exploração de Tecnologias Espaciais Avançadas (NextSTEP).

  O motor é parte do sistema de propulsão XR-100 da Aerojet Rocketdyne, que poderia, nos próximos dez anos propelir uma nave a Marte.

  A NASA concedeu 6,5 milhões de dólares ao longo dos próximos três anos à Aerojet Rocketdyne para o desenvolvimento do sistema de propulsão chamado XR-100.

  Desenvolvido pelo Professor Alec Gallimore, o propulsor X3 é o centro deste sistema, e sua equipe receberá o financiamento de 1 milhão de dólares para trabalhar nele.

  O XR-100 está concorrendo contra dois outros projetos competidores.

  Todos três se baseiam em ejeção de plasma – um estado de energia da matéria no qual elétrons e átomos carregados chamados íons coexistem – pela traseira do propulsor.

  Mas o X3 tem uma pequena vantagem de saída. Para propulsores com a sua potência de projeto, 200 quilowatts, ele é relativamente pequeno e leve.

  E a tecnologia central – o propulsor Hall – já está em uso para manobrar satélites em órbita em torno da Terra.

  “Para comparação, o mais potente propulsor Hall em órbita atualmente tem 4,5 kilowatts”, disse Gallimore.

  Isto é suficiente para ajustar a órbita ou orientação de um satélite, mas é muito pouco para mover as maciças quantidades de carga necessárias para suportar a exploração humana do espaço profundo.

  O propulsor Hall funciona através da aceleração do escapamento de plasma a velocidades extremamente altas.

  O processo começa com uma corrente de elétrons espiralando através de um canal circular.

  Em sua turbilhonante jornada desde o eletrodo negativo até a extremidade de exaustão com o eletrodo positivamente carregado no interior do canal, eles se chocam com átomos (tipicamente gás xenônio) que são injetados na câmara.

  As colisões arrancam elétrons dos átomos de xenônio, o que os transforma em íons positivamente carregados.

  O movimento em espiral dos elétrons também forma um potente campo elétrico que puxa os íons gasosos para a extremidade de exaustão do canal.

  Elétrons suficientes são ejetados junto com os íons para evitar que a espaçonave acumule uma carga, o que poderia de outro modo causar problemas elétricos.

  “Quando estão ionizados, os átomos de xenônio podem ser disparados a tanto quanto 30.000 metros por segundo, o que é cerca de 65.000 mph (105.000 kph)”, disse Gallimore.

  O X3 contém três destes canais, cada qual com uns poucos centímetros de profundidade, aninhados um ao redor do outro em anéis concêntricos.

  O aninhamento é o que permite ao propulsor Hall operar com 200 quilowatts de potência em uma área relativamente pequena.

  Scott Hall, um estudante de doutorado no laboratório do Professor Gallimore, usará o financiamento para submeter o X3 a uma bateria de testes.

  Ele primeiro o levará a 60 quilowatts no Laboratório de Propulsão Elétrica e Dinâmica de Plasma na U.M. e então a 200 quilowatts no Centro de Pesquisa Glenn da NASA em Cleveland, Ohio.

  Enquanto isso, outra estudante de doutorado, Sarah Cusson, investigará um ajuste que poderia levar o X3 a continuar operacional por cinco a dez vezes mais tempo do que o seu tempo de vida atual de um pouco mais de um ano.

  “Se fizermos nossos trabalhos nos próximos três anos, poderemos entregar ambos os projetos”, disse Gallimore.

  “Se eu tivesse que fazer uma previsão, eu diria que esse propulsor seria a base para enviar humanos a Marte.”

Fonte : Daily Mail, 20/02/2016

Autor : Ellie Zolfagharifard

Nota 1 do Site : Notem que a fonte de energia da espaçonave não foi mencionada. Alguma coisa tem que fornecer os 200 quilowatts para o propulsor Hall e as outras necessidades do veículo. O uso de energia nuclear seria uma boa possibilidade.



A NASA quer enviar humanos a um asteróide em 2025 e a Marte nos anos 2030. Em uma etapa em direção a esta meta, a agência espacial está financiando motores de plasma que poderiam propelir astronautas ao Planeta Vermelho com muito menos combustível. O protótipo de propulsor do tamanho de um tampo de mesa, chamado o “X3”, usa um jato de plasma a 45.000 mph (72.000 kph) para impulsionar adiante a espaçonave

O X3 contém três canais de plasma, cada qual com uns poucos centímetros de profundidade, aninhados um ao redor do outro em anéis concêntricos. O aninhamento é o que permite ao propulsor Hall operar com 200 quilowatts de potência em uma área relativamente pequena

A NASA está desenvolvendo os recursos necessários para enviar humanos a um asteróide em 2025 e a Marte nos anos 2030. Marte é um destino rico em possibilidades de descobertas científicas



The Plasma Engine that Could Take Humans to Mars on a Single Tank

Breakthrough in Hall thrusters could see them power deep space missions


  Scientists are working on a plasma engine that could take humans to Mars without the need to refuel.

  The engine, known as a 'hall thruster', is currently being used by Nasa to keep satellites and space probes in the right orbit.

  Now researchers have adapted these electric rocket thrusters so they have the potential to power an entire voyage.

  Hall thrusters are electric rocket engines that use a 45,000 mph stream of plasma to push spacecraft forward.

  Because they consume 100 million times less fuel than conventional chemical rockets, a Hall thruster is ideal for exploring Mars, asteroids and the edge of the solar system.

  By saving fuel, the thruster could leave room for spacecraft and send a large amount of cargo in support of space missions, researchers claim.

  The problem is the current lifespan of Hall thrusters, which is around 10,000 operation hours, is too short for most space explorations, which require at least 50,000 operation hours.

  To prolong the lifespan of Hall thrusters, a team of researchers from the French National Center for Scientific Research are working on something known as a wall-less thruster.

  Conventional hall thrusters work by creating a low-pressure plasma discharge in a magnetic and electric fields.

  They use a hollow cathode located on the downstream perimeter of the thruster to generate electrons. 

  The anode - or channel - of the Hall thruster is charged positively by the thruster's power supply. 

  The electrons are attracted to the channel walls and accelerate in the upstream direction. 

  As the electrons move toward the channel, they come across a magnetic field generated by the thruster's powerful electromagnets.

  The high-strength magnetic field traps the electrons, causing them to form into a circling ring at the downstream end of the thruster channel. 

  The propellant, usually an inert gas such as xenon or krypton, is injected into the thruster's channel.

  When the propellant ions are generated, they experience the electric field produced between the channel, which is positive, and the ring of electrons, which is negativem and accelerate out of the thruster, creating an ion beam.

  The thrust is generated from the force that the ions impart to the electron cloud. 

  This force is transferred to the magnetic field, which, in turn, is transmitted to the magnetic circuit of the thruster.

  'The major drawback of Hall thrusters is that the discharge channel wall materials largely determine the discharge properties, and consequently, the performance level and the operational time,' said Julien Vaudolon, the primary researcher in the Electric Propulsion team led by Professor Stéphane Mazouffre in the ICARE-CNRS Laboratory, France.

  Vaudolon explained that the wall materials play a role in the plasma properties mainly through secondary electron emission.

  This is a phenomenon where high-energy ions hit the channel wall surface and induce the emission of secondary electrons.

  As well as this, the erosion of the discharge cavity walls due to bombardment of high-energy ions shortens the thruster's lifetime.

  A wall-less hall thruster can overcome these problems.

  Last year, the team developed a small-scale, wall-less thruster prototype based on a classical Hall thruster.

  'The wall-less thruster allows scientists to observe regions of the plasma previously hidden behind the channel walls,' Vaudolon said.

  In their first attempt, however, the performance of the small-scale thruster was low.

  This was due to the magnetic field lines crossing the thruster's axis.

  The team has since improved the prototype by rotating the magnetic barrier by 90 degrees so that it injects the magnetic field lines in parallel with the axis.

  'Despite decades of research, the physics of Hall thrusters is still far from being understood, and the device characterization methods still rely on trials and testing, leading to expensive efforts,' he added.

  'The major difficulty in developing predictive simulations lies in modelling the interaction between plasma and wall.

  'The wall-less design would be an effective solution, potentially making future predictive simulations feasible and reliable.'

Fonte : Daily Mail, 28/10/2015

Autor : Ellie Zolfagharifard

Scientists are working on a plasma engine that could take humans to Mars without the need to refuel. Hall thrusters are electric rocket engines that use a 45,000 mph stream of plasma to push spacecraft forward. Pictured is a prototype hall thruster firing in a vacuum chamber

To prolong the lifespan of Hall thrusters, researchers developed wall-less thruster. Pictured on the left is a basic set up of a wall-less Hall thruster: the anode is moved at the channel exit. The magnetic field lines intercept the anode. On the right is the wall-less design: the magnetic field lines are parallel to the anode

The engine, known as a 'hall thruster', is being used by Nasa to keep satellites and space probes in the right orbit. Pictured is one such engine by Nasa. Because they consume 100 million times less fuel than conventional chemical rockets, a Hall thruster is ideal for exploring Mars

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