Pentru lucrul pe termen lung în spațiu, ar trebui utilizate motoare rachete electrice fiabile, cu o viteză a curgerii plasmei de ordinul a o sută cinci metri pe secundă sau mai mult. Motoarele cu plasmă au început să fie dezvoltate activ la mijlocul secolului trecut. Și astăzi această muncă continuă.
Începe cercetarea
Strămoșii noștri își doreau de mult să zboare în spațiu. Multă vreme, gazul a fost studiat în mod activ folosind o descărcare electrică. A fost pus într-un recipient de sticlă cu electrozi. Apoi, când presiunea a fost redusă, au apărut raze emanate de catod, care de fapt, după cum s-a aflat mai târziu, era un flux de electroni.
Și în 1886 s-a descoperit că, în timp ce făceau găuri în catod, alte raze, atomi ionizați de gaze, se întindeau în direcția opusă față de ele. Dar apoi, desigur, nu aveau idee că vor fi folosite pentru a obține tracțiunea jetului.
În zilele Uniunii Sovietice, propulsoare de ioni și plasmă au fost dezvoltate în laboratoarele SOAN de Fizică și Tehnologie pentru a aplica aceste tehnologii în vehiculele pentru zborurile în spațiu. Lucrările au început în anii 1950secolul douăzeci. Au fost deschise două tipuri de dispozitive:
- motor eroziv (impuls);
- propulsor de plasmă staționar (fără impulsuri).
Aceste două tipuri sunt folosite până în prezent.
Eroziv și staționar
Motorul cu plasmă cunoscut astăzi funcționează datorită forței reactive a jetului de plasmă de la duză. Plasma în sine este formată prin intermediul unei descărcări electrice. Pentru o sursă de putere a motorului mai simplă, este selectat un mod în impulsuri (motor cu plasmă erozivă). Sursa de energie este un condensator cu o capacitate de 0,5 microfarad și o tensiune de 10 kV. Este încărcat de la transformator cu diode și un rezistor.
Cu ajutorul unor astfel de dispozitive se formează împingeri de impuls mici și precise, care nu pot fi obținute cu funcționarea altor tipuri de motoare rachete. Propulsoarele cu plasmă pulsată au fost testate cu succes în 1964 pe stația spațială Zond-2.
SPD este o variantă a unui accelerator într-o zonă extinsă și cu o deriva închisă de electroni. Astfel de dispozitive pot funcționa pentru o perioadă lungă de timp. Două motoare cu xenon au fost lansate pentru prima dată în 1972 la bordul sovietic Meteor.
Principiul de funcționare: prototip
Instalarea funcționează după cum urmează. Tensiunea pentru condensator este decalajul dintre colectorul conducător de curent și electrozii camerei de descărcare. Când tensiunea atinge valoarea de avarie, în camera motorului apare o descărcare electrică. Aerul de acolo este încălzitzece mii de unități și capătă o stare de plasmă. Presiunea crește brusc, iar jetul de plasmă curge din duză cu viteză mare.
Racheta, care este conectată la motor, primește putere de la jet. Pentru a obține o rotație moale, racheta este atașată cu un rulment cu bile și echilibrată cu o contragreutate.
Cea mai complexă unitate electrică este un colector care furnizează curent. Spațiile dintre electrozi nu trebuie să depășească o jumătate de milimetru. Apoi nu va exista aproape nicio pierdere de putere de la condensator și nicio frecare suplimentară nu va fi generată atunci când racheta începe să se rotească.
Racheta în sine și întregul motor al rachetei cu plasmă pot avea dimensiuni diferite, dar puterea sursei și dimensiunea condensatorului trebuie să fie potrivite. Pentru a calcula unitățile de bază și designul rachetei, este convenabil să folosiți schema după calculul prin formule speciale.
Valori experimentale din exemplu
În exemplul cu o tensiune dată de șase mii de wați și o capacitate a condensatorului de 0,510 (-6) f, ca rezultat al calculelor, energia care este eliberată în camera motorului este de 5,4 J. Și dacă diferența de temperatură este de 10000K, atunci volumul camerei va fi egal cu jumătate de centimetru cub.
Atunci elementele circuitului electric vor fi:
- transformator 2205000V, având o putere de 200 wați;
- rezistor de fire cu o putere de 100 wați.
Acest model are o tensiune de operare mai mare de o mie de volți și, prin urmare, trebuie să fiefiți foarte atenți când lucrați cu acesta și respectați toate regulile de siguranță necesare.
Reguli de siguranță pentru experiment
- Lansarea este efectuată de o singură persoană. Alții pot sta la o distanță de un metru de dispozitiv.
- Toate operațiunile și atingerea manuală a unității pot fi efectuate numai dacă aceasta este deconectată de la sursa de alimentare, după ce ați așteptat cel puțin un minut după aceea. Apoi condensatorul va avea timp să se descarce.
- Sursa de alimentare trebuie să fie amplasată într-o carcasă metalică, închisă pe toate părțile. În timpul funcționării, acesta este împământat cu ajutorul unui fir de cupru, al cărui diametru trebuie să fie de cel puțin un milimetru și jumătate.
Propulsoarele cu plasmă pentru rachete adevărate trebuie să fie de câteva mii de ori mai puternice! Poate că cei care efectuează astăzi experimente cu mostre mici vor descoperi mâine noi posibilități și proprietăți ale plasmei.
