Do długotrwałej pracy w kosmosie należy używać niezawodnych elektrycznych silników rakietowych o prędkości przepływu plazmy rzędu stu pięciu metrów na sekundę lub więcej. Silniki plazmowe zaczęły być aktywnie rozwijane w połowie ubiegłego wieku. A dzisiaj ta praca trwa.
Rozpocznij badanie
Nasi przodkowie od dawna chcieli polecieć w kosmos. Przez długi czas gaz był aktywnie badany za pomocą wyładowania elektrycznego. Został umieszczony w szklanym pojemniku z elektrodami. Następnie, gdy ciśnienie zostało zmniejszone, pojawiły się promienie wychodzące z katody, która w rzeczywistości, jak się później okazało, była strumieniem elektronów.
W 1886 odkryto, że podczas wykonywania otworów w katodzie inne promienie, zjonizowane atomy gazów, rozciągały się w kierunku przeciwnym do nich. Ale wtedy, oczywiście, nie mieli pojęcia, że zostaną użyte do uzyskania ciągu odrzutowego.
W czasach Związku Radzieckiego w laboratoriach Physics and Technology SOAN opracowano silniki jonowe i plazmowe w celu zastosowania tych technologii w pojazdach do lotów kosmicznych. Prace rozpoczęły się w latach 50.dwudziesty wiek. Otwarto dwa typy urządzeń:
- silnik erozyjny (impuls);
- stacjonarny silnik plazmowy (bez pulsacji).
To właśnie te dwa typy są używane do dziś.
Erozyjne i stacjonarne
Znany dzisiaj silnik plazmowy działa dzięki reaktywnej sile strumienia plazmy z dyszy. Sama plazma powstaje w wyniku wyładowania elektrycznego. W przypadku prostszego źródła zasilania silnika wybierany jest tryb pulsacyjny (silnik plazmy erozyjnej). Źródłem energii jest kondensator o pojemności 0,5 mikrofarada i napięciu 10 kV. Jest ładowany z transformatora z diodami i rezystorem.
Za pomocą takich urządzeń formowane są małe i precyzyjne ciągi impulsowe, których nie można uzyskać przy pomocy innych typów silników rakietowych. Impulsowe silniki plazmowe zostały pomyślnie przetestowane w 1964 roku na stacji kosmicznej Zond-2.
SPD to wariant akceleratora w strefie rozszerzonej i z zamkniętym dryfem elektronów. Takie urządzenia mogą działać przez długi czas. Dwa silniki ksenonowe zostały po raz pierwszy uruchomione w 1972 roku na pokładzie radzieckiego Meteora.
Zasada działania: prototyp
Instalacja działa w następujący sposób. Napięcie kondensatora to szczelina między kolektorem przewodzącym prąd a elektrodami komory wyładowczej. Gdy napięcie osiągnie wartość przebicia, w komorze silnika pojawia się wyładowanie elektryczne. Powietrze jest tam podgrzewane dodziesięć tysięcy jednostek i uzyskuje stan plazmy. Ciśnienie gwałtownie wzrasta, a strumień plazmy wypływa z dyszy z dużą prędkością.
Rakieta, która jest podłączona do silnika, otrzymuje moc odrzutową z odrzutowca. Aby uzyskać łagodny obrót, rakieta jest zamocowana na łożysku kulkowym i wyważona przeciwwagą.
Najbardziej złożoną jednostką elektryczną jest kolektor dostarczający prąd. Odstępy między elektrodami nie powinny przekraczać pół milimetra. Wtedy nie będzie prawie żadnych strat mocy z kondensatora i żadne dodatkowe tarcie nie będzie generowane, gdy rakieta zacznie się obracać.
Sama rakieta i cały silnik rakiety plazmowej mogą mieć różne rozmiary, ale moc źródła i rozmiar kondensatora muszą być dopasowane. Aby obliczyć podstawowe jednostki i konstrukcję rakiet, wygodnie jest użyć schematu po obliczeniach za pomocą specjalnych formuł.
Wartości eksperymentalne na przykładzie
Na przykładzie przy danym napięciu sześciu tysięcy watów i pojemności kondensatora 0,510 (-6) f w wyniku obliczeń energia uwalniana w komorze silnika wynosi 5,4 J. A jeśli różnica temperatur wynosi 10000K, to objętość komory będzie równa pół centymetra sześciennego.
Wtedy elementy obwodu elektrycznego będą:
- transformator 2205000V o mocy 200 watów;
- rezystor drutowy o mocy 100 watów.
Ten model ma napięcie robocze powyżej tysiąca woltów i dlatego musi byćbądź bardzo ostrożny podczas pracy z nim i przestrzegaj wszystkich niezbędnych zasad bezpieczeństwa.
Zasady bezpieczeństwa dotyczące eksperymentu
- Wprowadzenie jest przeprowadzane przez jedną osobę. Inne mogą stać w odległości jednego metra od urządzenia.
- Wszystkie operacje i dotykanie urządzenia ręcznie można wykonać tylko wtedy, gdy jest ono odłączone od zasilania, po odczekaniu co najmniej minuty. Wtedy kondensator będzie miał czas na rozładowanie.
- Zasilacz musi być umieszczony w metalowej obudowie, zamkniętej ze wszystkich stron. Podczas pracy jest uziemiony za pomocą drutu miedzianego, którego średnica musi wynosić co najmniej półtora milimetra.
Silnik plazmowy do prawdziwych rakiet musi być kilka tysięcy razy potężniejszy! Może ci, którzy dzisiaj przeprowadzają eksperymenty na małych próbkach, jutro odkryją nowe możliwości i właściwości plazmy.
