Til langsigtet arbejde i rummet bør der bruges pålidelige elektriske raketmotorer med en plasmastrømningshastighed i størrelsesordenen et hundrede og fem meter i sekundet eller mere. Plasmamotorer begyndte at blive aktivt udviklet i midten af forrige århundrede. Og i dag fortsætter dette arbejde.
Start research
Vores forfædre har længe ønsket at flyve ud i rummet. I lang tid er gas blevet aktivt undersøgt ved hjælp af en elektrisk udladning. Det blev anbragt i en glasbeholder med elektroder. Så, når trykket blev reduceret, dukkede der stråler ud fra katoden, som faktisk, som det senere blev fundet ud af, var en strøm af elektroner.
Og i 1886 blev det opdaget, at mens de lavede huller i katoden, strakte andre stråler, ioniserede atomer af gasser sig i den modsatte retning fra dem. Men så havde de selvfølgelig ingen anelse om, at de ville blive brugt til at opnå jet thrust.
I Sovjetunionens dage blev ion- og plasma-thrustere udviklet i laboratorierne i Physics and Technology SOAN for at anvende disse teknologier i fartøjer til rumflyvning. Arbejdet startede i 1950'ernetyvende århundrede. To typer enheder er blevet åbnet:
- erosiv motor (impuls);
- stationær plasma-thruster (ikke-pulserende).
Det er disse to typer, der bruges den dag i dag.
Eroderende og stationær
Plasmamotoren, der er kendt i dag, fungerer på grund af plasmastrålens reaktive kraft fra dysen. Selve plasmaet er dannet ved hjælp af en elektrisk udladning. For en enklere motorkraftkilde vælges en pulserende tilstand (eroderende plasmamotor). Energikilden er en kondensator med en kapacitans på 0,5 mikrofarad og en spænding på 10 kV. Den oplades fra transformeren med dioder og en modstand.
Ved hjælp af sådanne enheder dannes der små og præcise impulsstød, som ikke kan opnås ved betjening af andre typer raketmotorer. Pulserende plasma-thrustere blev testet med succes i 1964 på Zond-2 rumstationen.
SPD er en variant af en accelerator i en udvidet zone og med en lukket drift af elektroner. Sådanne enheder kan fungere i lang tid. To xenonmotorer blev første gang lanceret i 1972 ombord på den sovjetiske Meteor.
Driftsprincip: prototype
Installationen fungerer som følger. Spændingen for kondensatoren er afstanden mellem den strømledende kollektor og udladningskammerets elektroder. Når spændingen når nedbrydningsværdien, opstår der en elektrisk udladning i motorkammeret. Luften der opvarmes tilti tusinde enheder og opnår en plasmatilstand. Trykket stiger kraftigt, og plasmastrålen strømmer ud af dysen med stor hastighed.
Raketten, som er forbundet til motoren, modtager jetstrøm fra jetflyet. For at opnå en blød rotation er raketten fastgjort med et kugleleje og afbalanceret af en modvægt.
Den mest komplekse elektriske enhed er en kollektor, der leverer strøm. Mellemrummene mellem elektroderne bør ikke være mere end en halv millimeter. Så vil der næsten ikke være noget strømtab fra kondensatoren, og der vil ikke blive genereret yderligere friktion, når raketten begynder at snurre.
Raketten i sig selv og hele plasmaraketmotoren kan have forskellige størrelser, men kildens effekt og størrelsen af kondensatoren skal matches. For at beregne de grundlæggende enheder og raketdesign er det praktisk at bruge skemaet efter beregning ved hjælp af specielle formler.
Eksperimentelle værdier på eksemplet
På eksemplet med en given spænding på seks tusind watt og en kondensatorkapacitans på 0,510 (-6) f, som et resultat af beregninger, er energien, der frigives i motorkammeret, 5,4 J. Og hvis temperaturforskellen er 10000K, så vil rumfanget af kammeret være lig med en halv kubikcentimeter.
Så vil elementerne i det elektriske kredsløb være:
- transformer 2205000V, med en effekt på 200 watt;
- trådmodstand med en effekt på 100 watt.
Denne model har en driftsspænding på mere end tusinde volt og skal derfor være detvær meget forsigtig, når du arbejder med den, og overhold alle nødvendige sikkerhedsregler.
Sikkerhedsregler for eksperimentet
- Lanceringen udføres af én person. Andre kan stå i en afstand af en meter fra enheden.
- Al betjening og berøring af enheden i hånden kan kun udføres, hvis den er afbrudt fra strømforsyningen, efter at have ventet mindst et minut derefter. Så har kondensatoren tid til at aflades.
- Strømforsyningen skal være placeret i en metalkasse, lukket på alle sider. Under drift er den jordet ved hjælp af en kobbertråd, hvis diameter skal være mindst halvanden millimeter.
Plasma-thrustere til rigtige raketter skal være flere tusinde gange stærkere! Måske vil de, der udfører eksperimenter med små prøver i dag, opdage nye muligheder og egenskaber ved plasma i morgen.
