Hamda Al-Ali 是伦敦帝国理工学院帝国等离子推进实验室的博士候选人。她的研究重点是新型高功率等离子推进系统的设计和实验鉴定:球形托卡马克推进器。这项创新技术的灵感来自球形托卡马克和磁约束聚变的工作原理。推进器受益于高推进剂电离和利用率,并与多种推进剂兼容,包括水等分子绿色推进剂。球形托卡马克推进器的无电极设计消除了与电极存在相关的问题,例如电极腐蚀和阴极中毒,从而延长了其使用寿命,同时提供了高比冲,以增加有效载荷质量分数并降低航天器发射成本。这些特性和能力使其成为深空探索任务的有吸引力的候选者。这项技术将实现高效的行星际空间探索,并使星际旅行更加可行。
简介:NASA 已确定迫切需要设计、制造和测试原位资源利用 (ISRU) 组件,以便在月球和/或火星上利用风化层资源生产纯净水、氧气和氢气。长期停留在月球或火星表面需要随时可用的纯净水源。水净化后,可用作氧气来源(既可作为居住舱人员的可呼吸空气,又可作为推进剂氧化剂),也可用作氢气作为推进剂燃料。将任何这些资源大量运输到月球或火星表面都很困难且成本高昂,因此必须使用原位资源来生成推进剂和生命支持消耗品。NASA 已明确确定需要开发和测试关键组件,以便从月球两极永久或近永久阴影区 (PSR) 的冰中提取和净化水。月球水可用于生产氢氧推进剂,用于月球运输工具(上升器和着陆器)、可重复使用的地月运输工具,以及最终用于人类火星及更远地区的任务。预计每次任务需要生产 14 至 50 公吨 H 2 /O 2 推进剂。此前从未有人对原位月球水进行过净化和电解。它带来了独特的挑战,与月球水和月球极地环境中存在的危险、有毒和易燃气体有关;以及发射到月球表面的系统通常存在的限制(质量、体积、功率、自主性、稳健性、可靠性和寿命)。这项技术的开发对于人类实现在月球上的可持续存在至关重要。利用该技术支持此类努力还将认证硬件是否可用于火星,在火星上,脱离地球对于机组人员的生存来说更为关键。
磁主动推进剂管理装置 (MAPMD) 系统旨在解决液体推进剂太空飞行中晃动造成的安全隐患。这种创新的磁主动晃动控制系统通过减少质量、改善表面波抑制和最大限度地减少体积侵入 (Santhanam 2012) 超越了传统的被动晃动挡板。在 Embry-Riddle 航空大学和 Carthage 学院合作进行的先前战斗实验中,观察到了残余晃动抑制,但由于控制力不足,有效的晃动阻尼未达到我们的预期。我们正在用多层超高磁导率金属玻璃膜重新设计磁膜,并正在开发载流线圈的优化配置,以增加磁力和磁场性能。这些进步有望将 MAPMD 系统的技术就绪水平 (TRL) 从 3 提升到 4,从而为微重力飞行测试铺平道路。 MAPMD 系统有望通过积极管理晃动动力学来提高液体推进剂太空飞行的安全性和性能。
“在为美国陆军进行凝胶推进剂工作之后,”Farrar 表示,“Resodyn 在各种推进剂、炸药和烟火材料的能量混合方面取得了进展。陆军还需要为关键武器系统制造爆炸材料。Resodyn 能够通过设计和制造生产规模的共振声学混合系统来满足他们的要求。该项目产生了一种创新的制造工艺,使爆炸材料的制造成本仅为原始成本的三分之一,迄今为止为军方节省了 1800 多万美元。而且它仍在服役。”
火箭的总质量 M total = 5000 kg 和比冲 Isp = 350 s 相同。两枚火箭的有效载荷质量 ML = 50 kg。双级火箭的总结构质量为 Vs1 + Ms2 = 400 kg + 100 kg = 500 kg,这是单级火箭的结构质量。双级火箭的总推进剂质量为 Mp1 + Mp2 = 3450 + 1000 = 4450 kg,这是单级火箭的推进剂质量。两枚火箭都将相同的 50 kg 有效载荷推入太空。计算并比较火箭的燃尽速度。