För långvarigt arbete i rymden bör tillförlitliga elektriska raketmotorer med en plasmaflödeshastighet av storleksordningen etthundrafem meter per sekund eller mer användas. Plasmamotorer började aktivt utvecklas i mitten av förra seklet. Och idag fortsätter detta arbete.
Börja forskning
Våra förfäder har länge velat flyga ut i rymden. Gas har under lång tid aktivt studerats med hjälp av en elektrisk urladdning. Den placerades i en glasbehållare med elektroder. Sedan, när trycket reducerades, uppträdde strålar som emanerade från katoden, som i själva verket, som det senare upptäcktes, var en ström av elektroner.
Och 1886 upptäckte man att medan man gjorde hål i katoden sträckte sig andra strålar, joniserade gasatomer, i motsatt riktning från dem. Men sedan hade de förstås ingen aning om att de skulle användas för att få en jetkraft.
I Sovjetunionens dagar utvecklades jon- och plasmapropeller i laboratorierna hos Physics and Technology SOAN för att tillämpa dessa teknologier i farkoster för rymdflyg. Arbetet startade på 1950-talettjugonde århundradet. Två typer av enheter har öppnats:
- erosiv motor (impuls);
- stationär plasmapropeller (icke-pulsad).
Det är dessa två typer som används än i dag.
Erosiv och stationär
Plasmamotorn som är känd idag fungerar på grund av plasmastrålens reaktiva kraft från munstycket. Själva plasman bildas med hjälp av en elektrisk urladdning. För en enklare motorkraftkälla väljs ett pulsat läge (erosiv plasmamotor). Energikällan är en kondensator med en kapacitans på 0,5 mikrofarad och en spänning på 10 kV. Den laddas från transformatorn med dioder och ett motstånd.
Med hjälp av sådana anordningar bildas små och exakta impulsdrag, som inte kan erhållas med drift av andra typer av raketmotorer. Pulsade plasmapropeller testades framgångsrikt 1964 på rymdstationen Zond-2.
SPD är en variant av en accelerator i en utsträckt zon och med en sluten drift av elektroner. Sådana enheter kan fungera under lång tid. Två xenonmotorer lanserades första gången 1972 ombord på den sovjetiska Meteor.
Driftsprincip: prototyp
Installationen fungerar enligt följande. Spänningen för kondensatorn är gapet mellan den strömledande kollektorn och urladdningskammarens elektroder. När spänningen når genomslagsvärdet uppstår en elektrisk urladdning i motorkammaren. Luften där värms upp tilltio tusen enheter och får ett plasmatillstånd. Trycket ökar kraftigt och plasmastrålen rinner ut ur munstycket med stor hastighet.
Raketen, som är kopplad till motorn, får jetkraft från jetplanen. För att uppnå en mjuk rotation fästs raketen med ett kullager och balanseras av en motvikt.
Den mest komplexa elektriska enheten är en kollektor som levererar ström. Avstånden mellan elektroderna bör inte vara mer än en halv millimeter. Då blir det nästan ingen effektförlust från kondensatorn, och ingen ytterligare friktion kommer att genereras när raketen börjar snurra.
Raketen i sig och hela plasmaraketmotorn kan ha olika storlekar, men kraften hos källan och storleken på kondensatorn måste matchas. För att beräkna de grundläggande enheterna och raketdesignen är det bekvämt att använda schemat efter beräkning med speciella formler.
Experimentella värden i exemplet
I exemplet med en given spänning på sex tusen watt och en kondensatorkapacitans på 0,510 (-6) f, som ett resultat av beräkningar, är energin som frigörs i motorkammaren 5,4 J. Och om temperaturskillnaden är 10 000K, kommer kammarens volym att vara lika med en halv kubikcentimeter.
Då kommer elementen i den elektriska kretsen att vara:
- transformator 2205000V, med en effekt på 200 watt;
- trådmotstånd med en effekt på 100 watt.
Denna modell har en driftspänning på mer än tusen volt och måste därför vara detvar mycket försiktig när du arbetar med den och följ alla nödvändiga säkerhetsregler.
Säkerhetsregler för experimentet
- Lanseringen utförs av en person. Andra kan stå på en meters avstånd från enheten.
- Alla operationer och beröring av enheten för hand kan endast göras om den är bortkopplad från strömförsörjningen, efter att ha väntat minst en minut efter det. Då kommer kondensatorn att hinna ladda ur.
- Strömförsörjningen måste placeras i ett metallhölje, stängt på alla sidor. Under drift jordas den med hjälp av en koppartråd, vars diameter måste vara minst en och en halv millimeter.
Plasmapropeller för riktiga raketer måste vara flera tusen gånger kraftfullare! Kanske kommer de som gör experiment med små prover idag att upptäcka nya möjligheter och egenskaper hos plasma imorgon.
