Πέμπτη, 29 Νοεμβρίου 2012

Sabre - Νέος κινητήρας «θα επιτρέψει την ανάπτυξη διαστημοπλάνων»

Το σκάφος Skylon θα μπορεί να πετά πρώτα σαν τζετ, μετά ως πύραυλος (Πηγή: Reaction Engines Ltd)
 
Το σκάφος Skylon θα μπορεί να πετά πρώτα σαν τζετ, μετά ως πύραυλος (Πηγή: Reaction Engines Ltd)Ένα νέο είδος στροβιλοκινητήρα που σχεδίασε μια μικρή βρετανική εταιρεία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε επαναχρησιμοποιούμενα σκάφη που απογειώνονται σαν αεροπλάνα αλλά μπορούν να φτάνουν μέχρι το Διάστημα, εκτιμά η ευρωπαϊκή διαστημική υπηρεσία ESA.
«Η ESA έμεινε ικανοποιημένη από τις δοκιμές της τεχνολογίας που απαιτείται για την ανάπτυξη του κινητήρα Sabre» δήλωσε ο Μαρκ Φορντ, επικεφαλής του τμήματος Μηχανικής Προώθησης στην ευρωπαϊκή υπηρεσία.

«Ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια στην ανάπτυξη επαναχρησιμοποιούμενων [διαστημικών] σκαφών έχει πλέον αρθεί. Ο δρόμος είναι ανοιχτός για την εποχή μετά το τζετ» είπε.

H βρετανική Reaction Engines κάλεσε την ESA να αξιολογήσει τα σχέδια του κινητήρα Sabre («ξίφος») και του «διαστημοπλάνου» Skylon που θα βασίζεται σε αυτόν.

Το Sabre, το οποίο θα χρησιμοποιεί υδρογόνο ως καύσιμο, σχεδιάστηκε να λειτουργεί ως συμβατικός στροβιλοκινητήρας εντός της ατμόσφαιρας και ως πυραυλοκινητήρας πάνω από αυτή. Θα επιτρέπει στο Skylon να φτάνει σε ύψος 25 χιλιομέτρων με ταχύτητα Mach 5 (πενταπλάσια από την ταχύτητα του ήχου), ενώ πάνω από αυτό το ύψος θα μπορεί να μετατρέπεται σε πυραυλοκινητήρα και να φτάσει σε χαμηλή γήινη τροχιά.

H Reaction Engines δεν αποκαλύπτει λεπτομέρειες, παρουσίασε όμως αυτό το σχέδιο του Sabre (Πηγή: Reaction Engines Ltd)

Οι σημερινοί στροβιλοκινητήρες (τζετ) δεν μπορούν να λειτουργήσουν σε ταχύτητες άνω των Mach 2,5 (δυόμισι φορές η ταχύτητα του ήχου) κυρίως λόγω του κινδύνου υπερθέρμανσης.

Η νέα τεχνολογία φέρεται να ξεπερνά αυτόν τον περιορισμό χάρη σε έναν εναλλάκτη θερμότητας που μπορεί να ψύχει τον αέρα από τους 1.000 στους -150 βαθμούς Κελσίου σε ένα εκατοστό του δευτερολέπτου.

Η Reaction Engines δεν αποκαλύπτει λεπτομέρειες του σχεδίου, και μάλιστα δεν έχει καν υποβάλλει αιτήματα για διπλώματα ευρεσιτεχνίας, λόγω του φόβου ότι άλλες εταιρείες θα σπεύσουν να την αντιγράψουν.

«Δεν θα σας αποκαλύψουμε πώς λειτουργεί» είπε στο Reuters ο σχεδιαστής Ρίτσαρντ Βάρβιλ της εταιρείας, ο οποίος ξεκίνησε την καριέρα του στο τμήμα στρατιωτικών στροβιλοκινητήρων της Rolls-Royce.

Με το Sabre να βρίσκεται σε λειτουργία τζετ, ο εισερχόμενος αέρας πρέπει να συμπιέζεται πριν διοχετευτεί στο θάλαμο καύσης. Χωρίς το σύστημα ταχείας ψύξης, ο αέρας θα ήταν τόσο ζεστός ώστε θα μπορούσε να λιώσει τον κινητήρα.

Το μόνο που έχει γίνει γνωστό είναι ότι το σύστημα ψύξης αποτελείται από λεπτούς σωλήνες τυλιγμένους σε σχήμα πηνίου, και θα μπορεί να ψύχει απότομα τον αέρα χωρίς να σχηματίζεται πάγος.

Ο εναλλάκτης θερμότητας θα χρησιμοποιείται όταν το σκάφος πετά εντός της ατμόσφαιρας, οπότε το οξυγόνο που απαιτείται για την καύση του υδρογόνου θα προέρχεται από τον αέρα. Εκτός ατμόσφαιρας, θα πρέπει να αντλεί οξυγόνο από τις δεξαμενές του σκάφους.

Η Reaction Engines αναζητά τώρα χρηματοδότηση 250 εκατ. λιρών (310 εκατ. δολάρια) για την επόμενη φάση ανάπτυξης, τονίζοντας ότι το Sabre είναι ο μόνος κινητήρας του είδους του.

Για πτήσεις με ταχύτητες άνω των Mach 2,5 δοκιμάζεται πάντως και ένα άλλο είδος πειραματικού κινητήρα με την ονομασία scramjet (αυλoωθητής υπερηχητικής καύσης).

Οι κινητήρες scramjet που δοκιμάζονται στις ΗΠΑ και την Αυστραλία έχουν πετύχει ταχύτητες μέχρι Mach 10, το πρόβλημα όμως είναι ότι δεν μπορούν να λειτουργήσουν σε χαμηλές ταχύτητες και πρέπει να επιταχύνονται και να φτάνουν στο τελικό ύψος πτήσης με τη βοήθεια ξεχωριστών πυραυλοκινητήρων.

Το Sabre, αντίθετα, φέρεται ικανό να λειτουργεί από τη στιγμή της απογείωσης.

Σύμφωνα μάλιστα με την Reaction Engines, ο νέος εναλλάκτης θερμότητας θα μπορούσε να αξιοποιηθεί και σε συμβατικά τζετ προκειμένου να μειώνει την κατανάλωση καυσίμων κατά 5 με 10 τοις εκατό.
 
Πηγή:  http://news.in.gr/science-technology/article/?aid=1231224175

Σάββατο, 24 Νοεμβρίου 2012

Φωτοβολταϊκό κύτταρο 100% από άνθρακα

Eναλλακτική επιλογή στα ακριβά υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα


Επιστήμονες του Πανεπιστημίου Στάνφορντ ανέπτυξαν το πρώτο φωτοβολταϊκό κύτταρο εξολοκλήρου από άνθρακα, παρέχοντας μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική επιλογή στα ακριβά υλικά που χρησιμοποιούνται σήμερα.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στις 31 Οκτωβρίου 2012 στη διαδικτυακή έκδοση της επιθεώρησης ACS Nano.

«Ο άνθρακας έχει το πλεονέκτημα της υψηλής απόδοσης με χαμηλό κόστος» σημειώνει η επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας, Ζενάν Μπάο, καθηγήτρια χημικής μηχανικής στο Στάνφορντ και υπογραμμίζει ότι «πρόκειται για την πρώτη γνωστή προσπάθεια κατασκευής φωτοβολταϊκού κυττάρου εξολοκλήρου από άνθρακα».

Σε αντίθεση με τα άκαμπτα φωτοβολταϊκά στοιχεία πυριτίου που τοποθετούνται σε στέγες, το πρωτότυπο φωτοβολταϊκό λεπτού υμενίου (thin-film) του Στάνφορντ είναι κατασκευασμένο από άνθρακα το οποίο μπορεί να επιστρωθεί σε πλήθος επιφανειών (κτήρια, παράθυρα, αυτοκίνητα κ.ά).

Η τεχνική επίστρωσης του φωτοβολταϊκού έχει το πλεονέκτημα του χαμηλού κόστους καθώς δεν απαιτούνται ακριβά εργαλεία και μηχανήματα για την εγκατάσταση.

Το πειραματικό φωτοβολταϊκό της Μπάο αποτελείται από ένα φωτοενεργό στρώμα, που απορροφά ηλιακή ακτινοβολία, και είναι τοποθετημένο ανάμεσα σε δύο ηλεκτρόδια.

Στα συμβατικά φωτοβολταϊκά, τα ηλεκτρόδια είναι κατασκευασμένα από αγώγιμα μέταλλα όπως οξείδιο του ινδίου-κασσιτέρου (ITO), τα οποία συχνά είναι σπάνια (ίνδιο) αντίθετα με τον άνθρακα που συναντάται σε αφθονία στη φύση.

Η άνοδος είναι κατασκευασμένη από γραφένιο, ένα δισδιάστατο υλικό αποτελούμενο από μονοατομικά φύλλα άνθρακα. Εάν το γραφένιο τυλιχτεί σε κυλινδρικό σχήμα, μετατρέπεται σε νανοσωλήνα άνθρακα 10.000 φορές λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα.

Οι επιστήμονες παραδέχονται ότι έχουν πολύ δρόμο μπροστά τους, αφού το μεγαλύτερο μειονέκτημα της κυψέλης από άνθρακα είναι ότι απορροφά κατά κύριο λόγο σχεδόν υπέρυθρο φως, κάτι που έχει ως αποτέλεσμα η αποδοτικότητά του να μην ξεπερνά το 1%, ποσοστό πολύ χαμηλότερο από τις ηλιακές κυψέλες που κυκλοφορούν σήμερα.

«Πιστεύουμε όμως ότι με καλύτερα υλικά και καλύτερες τεχνικές επεξεργασίας, η αποδοτικότητα θα αυξηθεί ριζικά», καταλήγει η ερευνήτρια.