A hosszú távú űrben végzett munkához megbízható elektromos rakétahajtóműveket kell használni, amelyek plazmaáramlási sebessége legalább százöt méter másodpercenként. A plazmamotorokat a múlt század közepén kezdték aktívan fejleszteni. És ma ez a munka folytatódik.
Kutatás indítása
Őseink régóta szerettek volna az űrbe repülni. A gázt hosszú ideig aktívan tanulmányozták elektromos kisüléssel. Elektródákkal ellátott üvegedénybe helyezték. Aztán amikor a nyomást csökkentették, megjelentek a katódból kiáramló sugarak, amelyek valójában, mint később kiderült, egy elektronfolyam volt.
1886-ban pedig felfedezték, hogy miközben lyukakat csináltak a katódon, más sugarak, ionizált gázatomok nyúltak ellentétes irányba. De akkor természetesen fogalmuk sem volt arról, hogy a sugárhajtás megszerzésére használják őket.
A Szovjetunió idejében a SOAN Fizikai és Technológiai Laboratóriumában ion- és plazmahajtóműveket fejlesztettek ki, hogy ezeket a technológiákat az űrrepüléshez szükséges járművekben alkalmazzák. A munka az 1950-es években kezdődötthuszadik század. Kétféle eszközt nyitottak meg:
- eróziós motor (impulzus);
- helyhez kötött plazmahajtómű (nem impulzusos).
Ez a két típus a mai napig használatos.
Erozív és álló
A ma ismert plazmamotor a fúvókából kiáramló plazmasugár reaktív ereje miatt működik. Maga a plazma elektromos kisüléssel jön létre. Egy egyszerűbb motoros áramforráshoz impulzus üzemmódot (eróziós plazmamotor) választunk. Az energiaforrás egy kondenzátor, amelynek kapacitása 0,5 mikrofarad, feszültsége 10 kV. A transzformátorról töltődik diódákkal és ellenállással.
Ilyen eszközök segítségével kis és precíz impulzus tolóerő alakul ki, ami más típusú rakétamotorok működésével nem érhető el. Az impulzusos plazmahajtóműveket 1964-ben sikeresen tesztelték a Zond-2 űrállomáson.
Az SPD egy gyorsító változata kiterjesztett zónában és zárt elektronsodrással. Az ilyen eszközök hosszú ideig működhetnek. Két xenon motort először 1972-ben indítottak el a szovjet Meteor fedélzetén.
Működési elv: prototípus
A telepítés a következőképpen működik. A kondenzátor feszültsége az áramvezető kollektor és a kisülési kamra elektródái közötti rés. Amikor a feszültség eléri a meghibásodási értéket, elektromos kisülés jelenik meg a motortérben. Az ott lévő levegő fel van melegítvetízezer egységet, és plazmaállapotot kap. A nyomás meredeken növekszik, és a plazmasugár nagy sebességgel áramlik ki a fúvókán.
A hajtóműhöz csatlakoztatott rakéta sugárerőt kap a sugárhajtástól. A lágy forgás elérése érdekében a rakétát golyóscsapággyal rögzítik, és ellensúllyal egyensúlyozzák.
A legösszetettebb elektromos egység egy kollektor, amely áramot szolgáltat. Az elektródák közötti hézag nem lehet több fél milliméternél. Ekkor a kondenzátorból szinte nem lesz teljesítményveszteség, és nem keletkezik további súrlódás, amikor a rakéta forogni kezd.
Maga a rakéta és a teljes plazma rakétamotor különböző méretű lehet, de a forrás teljesítményének és a kondenzátor méretének meg kell egyeznie. Az alapegységek és a rakétatervezés kiszámításához célszerű a sémát speciális képletekkel történő számítás után használni.
Kísérleti értékek a példán
A példában 6 ezer watt adott feszültséggel és 0,510 (-6) f kondenzátorkapacitással a számítások eredményeként a motortérben felszabaduló energia 5,4 J. ha a hőmérsékletkülönbség 10000K, akkor a kamra térfogata fél köbcentiméter lesz.
Akkor az elektromos áramkör elemei a következők lesznek:
- transzformátor 2205000V, 200 watt teljesítménnyel;
- huzalellenállás 100 watt teljesítménnyel.
Ennek a modellnek az üzemi feszültsége több mint ezer volt, ezért annak lennie kelllegyen nagyon óvatos, amikor dolgozik vele, és tartsa be az összes szükséges biztonsági szabályt.
Biztonsági szabályok a kísérlethez
- Az indítást egy személy végzi. Mások egy méter távolságra állhatnak a készüléktől.
- Minden művelet és a készülék kézzel történő érintése csak akkor végezhető el, ha le van választva az áramellátásról, legalább egy perc várakozás után. Ezután a kondenzátornak lesz ideje kisülni.
- A tápegységet fém tokban kell elhelyezni, minden oldalról zárva. Működés közben egy rézhuzal földelve van, amelynek átmérője legalább másfél milliméter.
Az igazi rakétákhoz való plazmatolómotoroknak több ezerszer erősebbnek kell lenniük! Talán azok, akik ma kis mintákkal kísérleteznek, holnap felfedezik a plazma új lehetőségeit és tulajdonságait.
