Firefly

Firefly was Robert Freeland's entry for a 2013 Design competition for the Icarus Interstellar project. Robert and me worked on the design for a few years after the competition, and Robert published his design in the 2018 JBIS(1). Above, you see it under construction, in a Low Earth Orbit Space dock while Skylon, the SpaceX Starship and a Ion driven cargo ship manoeuver around.

Firefly est la proposition de Robert Freeland pour une sonde Interstellaire à Fusion nucléaire, avec une propulsion à fusion par striction axiale avec cisaillement. L'image montre Firefly en construction en orbite basse, avec des vaisseaux Skylon, et SpaceX Starship, ainsi qu'une navette orbitale nucléaire.

Firefly Mark I

The first Firefly design in Jupiter's orbit. This version had spherical tanks, a liquid droplet radiator cooling system and a few design problems.

Version 1, en orbite autour de Jupiter.

Firefly Mark V

After a lot of work and iterations, the Mark V had grown a lot in size, but also in depth of detail.

Après bien des efforts, la version 5.

After nearly a century of travel, a greatly shortened Firefly reaches Alpha Centauri. The dust shield has been dropped nearly 2 years ago, when the ship engaged the deceleration process. All the fuel tanks have been dropped, all that is left is the final tank, the cargo section and the drive.

Après un voyage d'un siècle, le vaisseau a éjecté pratiquement tous ses réservoirs de carburant. Firefly va passer près d'une décennie à explorer de façon autonome le système stellaire d'alpha du centaure.

Firefly in LEO. Small images show subprobes for the exploration of the ALpha B system, while the main probe explores Alpha A.

Firefly en orbite basse autour de la terre. Les petites images montrent une sonde secondaire, qui va explorer Alpha du Centaure B tandis que le vaisseau principal explore Alpha du Centaure A

From left to right Deuterium header tank, heat shield, secondary power reactors (nuclear fission), capacitor bank and switches for startup of the drive.

De gauche à droite: Réservoir secondaire de deuterium, écran thermique, réacteurs nucléaires pour la puissance de service, capacitances et sectionneurs pour la mise en route de la propulsion.

Fusion drive. The sheared flow deuterium plasma leaves the anode and is pinched in the Z-pinch to fusion temperatures. The fusion heat increase the plasma velocity to nearly 10% of the speed of light. At the cathode, the Z-pinch comes apart in a plasma cloud. Most of the electrons return to the injection anode under the impulse of the energy recovery system. The protons, and other fusion debris, plus enough electrons to create a neutral plasma leave the magnetic nozzle, where their expansion provides thrust for the ship and energy for the energy recovery system.

Propulsion: Des injecteurs créent le flot de plasma de deutérium qui est comprimé par un puissant courant électrique induit dans le plasma au niveau de l'anode. La striction magnétique induit la fusion dans le plasma qui est accéléré à haute vitesse. A la cathode, le jet se décompose dans un plasma ionisé et le courant retourne par la cathode et des conducteurs de retour jusqu'à l'anode. Dans le circuit le système de récupération d'énergie retire un partie de la puissance du jet propulsif afin de créer le voltage qui crée le courant. Le jet de protons et de débris de fusion propulsent la fusée par leur expansion dans la tuyère magnétique.

References

  1. FREELAND, R. M. Plasma Dynamics in Firefly's Z-pinch Fusion Engine. JBIS, 2018, vol. 71, p. 288-293.