For langsiktig arbeid i verdensrommet bør det brukes pålitelige elektriske rakettmotorer med en plasmastrømhastighet i størrelsesorden hundre og fem meter per sekund eller mer. Plasmamotorer begynte å bli aktivt utviklet i midten av forrige århundre. Og i dag fortsetter dette arbeidet.
Start forskning
Våre forfedre har lenge ønsket å fly ut i verdensrommet. I lang tid har gass blitt aktivt studert ved hjelp av en elektrisk utladning. Den ble plassert i en glassbeholder med elektroder. Så, når trykket ble redusert, dukket det opp stråler som kom fra katoden, som faktisk, som det senere ble funnet ut, var en strøm av elektroner.
Og i 1886 ble det oppdaget at mens de lagde hull i katoden, strakte andre stråler, ioniserte atomer av gasser seg i motsatt retning fra dem. Men så hadde de selvfølgelig ingen anelse om at de ville bli brukt til å skaffe jet thrust.
I Sovjetunionens dager ble ion- og plasma-thrustere utviklet i laboratoriene til Physics and Technology SOAN for å bruke disse teknologiene i fartøyer for romfart. Arbeidet startet på 1950-tallettjuende århundre. To typer enheter er åpnet:
- erosiv motor (impuls);
- stasjonær plasmathruster (ikke-pulserende).
Det er disse to typene som brukes den dag i dag.
Eroderende og stasjonær
Plasmamotoren som er kjent i dag fungerer på grunn av den reaktive kraften til plasmastrålen fra dysen. Selve plasmaet dannes ved hjelp av en elektrisk utladning. For en enklere motorkraftkilde velges en pulserende modus (eroderende plasmamotor). Energikilden er en kondensator med en kapasitans på 0,5 mikrofarad og en spenning på 10 kV. Den lades fra transformatoren med dioder og en motstand.
Ved hjelp av slike innretninger dannes det små og presise impulsstøt, som ikke kan oppnås med drift av andre typer rakettmotorer. Pulserende plasma-thrustere ble vellykket testet i 1964 på Zond-2 romstasjon.
SPD er en variant av en akselerator i en utvidet sone og med en lukket drift av elektroner. Slike enheter kan fungere i lang tid. To xenonmotorer ble først lansert i 1972 ombord på den sovjetiske Meteor.
Operasjonsprinsipp: prototype
Installasjonen fungerer som følger. Spenningen for kondensatoren er gapet mellom den strømledende kollektoren og elektrodene til utladningskammeret. Når spenningen når sammenbruddsverdien, vises en elektrisk utladning i motorkammeret. Luften der varmes opp tilti tusen enheter og får en plasmatilstand. Trykket øker kraftig, og plasmastrålen strømmer ut av dysen med stor hastighet.
Raketten, som er koblet til motoren, mottar jetkraft fra jetflyet. For å oppnå en myk rotasjon festes raketten med et kulelager og balanseres av en motvekt.
Den mest komplekse elektriske enheten er en kollektor som leverer strøm. Avstandene mellom elektrodene bør ikke være mer enn en halv millimeter. Da blir det nesten ikke strømtap fra kondensatoren, og det vil ikke genereres ytterligere friksjon når raketten begynner å snurre.
Raketten i seg selv og hele plasmarakettmotoren kan ha forskjellige størrelser, men kraften til kilden og størrelsen på kondensatoren må samsvare. For å beregne de grunnleggende enhetene og rakettdesign, er det praktisk å bruke skjemaet etter beregning med spesielle formler.
Eksperimentelle verdier på eksemplet
På eksemplet med en gitt spenning på seks tusen watt og en kondensatorkapasitans på 0,510 (-6) f, som et resultat av beregninger, er energien som frigjøres i motorkammeret 5,4 J. Og hvis temperaturforskjellen er 10000K, vil volumet til kammeret være lik en halv kubikkcentimeter.
Da vil elementene i den elektriske kretsen være:
- transformator 2205000V, med en effekt på 200 watt;
- trådmotstand med en effekt på 100 watt.
Denne modellen har en driftsspenning på mer enn tusen volt, og må derfor være detvær svært forsiktig når du arbeider med den og følg alle nødvendige sikkerhetsregler.
Sikkerhetsregler for eksperimentet
- Lanseringen utføres av én person. Andre kan stå i en avstand på én meter fra enheten.
- Alle operasjoner og berøring av enheten for hånd kan bare gjøres hvis den er koblet fra strømforsyningen, etter å ha ventet minst ett minutt etter det. Da får kondensatoren tid til å lades ut.
- Strømforsyningen må være plassert i et metallhus, lukket på alle sider. Under drift jordes den ved hjelp av en kobbertråd, hvis diameter må være minst halvannen millimeter.
Plasma-thrustere for ekte raketter må være flere tusen ganger kraftigere! Kanskje vil de som utfører eksperimenter med små prøver i dag oppdage nye muligheter og egenskaper ved plasma i morgen.
