Pitkäaikaisessa työssä avaruudessa tulisi käyttää luotettavia sähkörakettimoottoreita, joiden plasmavirtausnopeus on luokkaa sataviisi metriä sekunnissa tai enemmän. Plasmamoottoreita alettiin kehittää aktiivisesti viime vuosisadan puolivälissä. Ja tänään tämä työ jatkuu.
Aloita tutkimus
Esi-isämme ovat pitkään halunneet lentää avaruuteen. Kaasua on pitkään tutkittu aktiivisesti sähköpurkauksen avulla. Se asetettiin lasisäiliöön, jossa oli elektrodeja. Sitten, kun painetta alennettiin, katodista lähtivät säteet ilmestyivät, mikä itse asiassa, kuten myöhemmin selvitettiin, oli elektronivirta.
Ja vuonna 1886 havaittiin, että kun katodiin tehtiin reikiä, muut säteet, ionisoidut kaasuatomit, venyivät vastakkaiseen suuntaan kuin ne. Mutta sitten heillä ei tietenkään ollut aavistustakaan, että niitä käytettäisiin suihkun työntövoiman saamiseksi.
Neuvostoliiton aikana ioni- ja plasmapotkurit kehitettiin fysiikan ja teknologian SOANin laboratorioissa soveltamaan näitä tekniikoita avaruuslentojen ajoneuvoissa. Työ aloitettiin 1950-luvullakahdeskymmenes vuosisata. Kahden tyyppisiä laitteita on avattu:
- eroosiomoottori (impulssi);
- kiinteä plasmapotkuri (ei-pulssi).
Näitä kahta tyyppiä käytetään tähän päivään asti.
Eroosio ja kiinteä
Tänä päivänä tunnettu plasmamoottori toimii suuttimesta tulevan plasmasuihkun reaktiivisen voiman ansiosta. Plasma itse muodostuu sähköpurkauksen avulla. Yksinkertaisempaa moottorin teholähdettä varten valitaan pulssitila (eroosioplasmamoottori). Energialähde on kondensaattori, jonka kapasitanssi on 0,5 mikrofaradia ja jännite 10 kV. Se ladataan muuntajasta diodeilla ja vastuksella.
Tällaisten laitteiden avulla muodostuu pieniä ja tarkkoja impulssityöntöjä, joita ei saada aikaan muun tyyppisten rakettimoottorien toiminnalla. Pulssiplasmapotkurit testattiin onnistuneesti vuonna 1964 Zond-2-avaruusasemalla.
SPD on muunnos kiihdyttimestä laajennetulla vyöhykkeellä ja suljetulla elektronien ajautumalla. Tällaiset laitteet voivat toimia pitkään. Kaksi ksenonmoottoria lanseerattiin ensimmäisen kerran vuonna 1972 Neuvostoliiton Meteorissa.
Toimintaperiaate: prototyyppi
Asennus toimii seuraavasti. Kondensaattorin jännite on virtaa johtavan kollektorin ja purkauskammion elektrodien välinen rako. Kun jännite saavuttaa läpilyöntiarvon, moottorikammioon ilmestyy sähköpurkaus. Siellä oleva ilma lämpeneekymmenentuhatta yksikköä ja saavuttaa plasmatilan. Paine nousee jyrkästi ja plasmasuihku virtaa ulos suuttimesta suurella nopeudella.
Raketti, joka on kytketty moottoriin, saa suihkutehoa suihkusta. Pehmeän pyörimisen saavuttamiseksi raketti kiinnitetään kuulalaakerilla ja tasapainotetaan vastapainolla.
Monimutkaisin sähköyksikkö on kollektori, joka syöttää virtaa. Elektrodien väliset raot eivät saa olla yli puoli millimetriä. Tällöin kondensaattorista ei tule juuri minkäänlaista tehohäviötä, eikä lisäkitkaa synny, kun raketti alkaa pyöriä.
Raketti itse ja koko plasmarakettimoottori voivat olla erikokoisia, mutta lähteen tehon ja kondensaattorin koon on oltava samat. Perusyksiköiden ja raketin suunnittelun laskemiseen on kätevää käyttää kaaviota erityisten kaavojen laskennan jälkeen.
Kokeelliset arvot esimerkissä
Esimerkissä, jossa annettu jännite on kuusi tuhatta wattia ja kondensaattorin kapasitanssi 0,510 (-6) f, laskelmien tuloksena moottorikammioon vapautuva energia on 5,4 J. Ja jos lämpötilaero on 10000K, niin kammion tilavuus on puoli kuutiosenttimetriä.
Sitten sähköpiirin elementit ovat:
- muuntaja 2205000V, teho 200 wattia;
- johtovastus, jonka teho on 100 wattia.
Tämän mallin käyttöjännite on yli tuhat volttia, joten sen täytyy ollaole erittäin varovainen työskennellessäsi sen kanssa ja noudata kaikkia tarvittavia turvallisuussääntöjä.
Kokeen turvallisuussäännöt
- Käynnistyksen suorittaa yksi henkilö. Muut voivat seistä yhden metrin etäisyydellä laitteesta.
- Kaikki toiminnot ja laitteen koskettaminen käsin voidaan tehdä vain, jos se on irrotettu virtalähteestä, kun sen jälkeen on odotettu vähintään minuutti. Sitten kondensaattori ehtii purkaa.
- Virtalähteen tulee sijaita metallikotelossa, joka on suljettu kaikilta puolilta. Käytön aikana se on maadoitettu kuparilangalla, jonka halkaisijan on oltava vähintään puolitoista millimetriä.
Aitojen rakettien plasmapotkurien täytyy olla useita tuhansia kertoja tehokkaampia! Ehkä ne, jotka tekevät kokeita pienillä näytteillä tänään, löytävät huomenna uusia plasman mahdollisuuksia ja ominaisuuksia.
