Plazmové motory: historie, typy, zkušenosti

Pro dlouhodobou práci ve vesmíru by se měly používat spolehlivé elektrické pohony s plazmovým průtokem asi sto pět metrů za sekundu a více. Plazmové motory se začaly aktivně rozvíjet v polovině minulého století. A dnes tato práce pokračuje.

Zahájení výzkumu

Naši předkové dávno chtěli letět do vesmíru. Plyn je dlouhodobě aktivně studován elektrickým výbojem. Byl umístěn ve skleněné nádobě s elektrodami. Pak, když byl tlak spuštěn, se objevily paprsky vycházející z katody, které se ve skutečnosti, jak se později zjistilo, staly proudem elektronů.

A v roce 1886 bylo zjištěno, že když dělají díry v katodě, v opačném směru se protáhly další paprsky - ionizované atomy plynů. Ale pak samozřejmě nevěděli, že by byli zvyklí získat reaktivní tah.

Během Sovětského svazu byly v laboratořích fyzikálních a technických SOS vyvinuty iontové a plazmové motory, které používají tyto technologie v kosmických lodích. Práce se začaly v padesátých letech dvacátého století. Byly objeveny dva typy zařízení:

• erozní motor (impuls);
• stacionární plazmový motor (bez impulsu).

Tyto dva druhy jsou používány dodnes.

Eroze a stacionární

Plazmový motor, který je dnes znám, funguje v důsledku reaktivní síly plazmového paprsku z trysky. Plazma samotná je tvořena elektrickým výbojem. Pro jednodušší zdroj energie motor je zvolen impulsní režim (erozní plazmový motor). Zdroj energie je kondenzátor, kapacita což je 0,5 μF a napětí je 10 kV. Jeho nabíjení probíhá z transformátoru s diodami a rezistorem.

Pomocí takových zařízení se vytvářejí malé a přesné pulzní tlaky, které nelze získat použitím jiných typů raketových motorů. Úspěšné testy pulzních plazmových motorů se konaly v roce 1964 na vesmírné stanici "Zond-2".

SPD je varianta akcelerátoru v rozšířené zóně a s uzavřeným posunem elektronů. Taková zařízení jsou schopna pracovat po dlouhou dobu. Dva motory na xenonu byly poprvé spuštěny v roce 1972 na palubě sovětského "Meteoru".

Princip činnosti: prototyp

Provoz zařízení je následující. Napětí pro kondenzátor je mezera mezi kolektorem, který vede proud a elektrody vypouštěcí komory. Když napětí dosáhne hodnoty poruchy, objeví se elektrický výboj v komoře motoru. Vzduch je vyhříván na deset tisíc jednotek a získává plazmový stav. Tlak se prudce zvětšuje a tryska plazmy uniká z trysky velkou rychlostí.

Raketa, která je připojena k motoru, přijímá reaktivní sílu z trysky. Pro zavádění měkké rotace je raketa uchycena kuličkovým ložiskem a vyvažována vyrovnáním.

Nejsložitějším elektrouznom je kolektor, který dodává proud. Mezery mezi elektrodami by neměly být větší než půl milimetru. Pak se vysílací výkon z kondenzátoru téměř neztratí a když se raketa začne otáčet, nevytvoří se žádné další tření.

Samotná raketa a celá plazma raketový motor mohou mít různé velikosti, musí však být respektován výkon zdroje a velikost kondenzátoru. Pro výpočet základních jednotek a konstrukce rakety je vhodné použít okruh po výpočtu podle zvláštních vzorců.

Experimentální hodnoty podle příkladu

Na příkladu se specifikovaným napětím šest tisíc wattů a kapacitou kondenzátoru 0,5 x 10 (-6) φ je výsledkem výpočet energie uvolněné v komoře motoru 5,4 Joule a pokud je teplotní rozdíl 10000K, potom objem komory bude se rovnat polovině krychlových centimetrů.

Pak prvky elektrického schématu budou:

• transformátor 220 * 5000 V, který má výkon 200 W;
• odporový drát, který má výkon 100 W.

Tento model má provozní napětí větší než 1000 voltů, a proto musíte být opatrní při práci s ním a dodržovat všechna nezbytná bezpečnostní pravidla.

Bezpečnostní pravidla pro zkušenost

1. Spustí jednu osobu. Ostatní mohou stát ve vzdálenosti 1 m od zařízení.
2. Všechny operace a dotykem instalace rukama lze provést pouze tehdy, když je odpojeno od napájení po uplynutí minimálně jedné minuty. Potom se kondenzátor vybije.
3. Napájecí zdroj musí být umístěn v kovovém krytu, který je ze všech stran uzavřen. Při práci je uzemněn pomocí měděného drátu, jehož průměr musí být alespoň jeden a půl milimetru.

Plazmové motory pro skutečné rakety musí mít sílu několik tisíckrát víc! Možná ti, kteří nyní provádějí experimenty s malými vzorkami, zítra, budou muset otevřít nové příležitosti a vlastnosti plazmy.