За продължителна работа в космоса трябва да се използват надеждни електрически ракетни двигатели със скорост на плазмения поток от порядъка на сто и пет метра в секунда или повече. Плазмените двигатели започват да се развиват активно в средата на миналия век. И днес тази работа продължава.
Започнете проучване
Нашите предци отдавна са искали да летят в космоса. Дълго време газът се изучава активно с помощта на електрически разряд. Поставя се в стъклен съд с електроди. След това, когато налягането беше намалено, се появиха лъчи, излизащи от катода, които всъщност, както се разбра по-късно, бяха поток от електрони.
И през 1886 г. беше открито, че докато правят дупки в катода, други лъчи, йонизирани атоми на газове, се простират в обратна посока от тях. Но тогава, разбира се, те нямаха представа, че ще бъдат използвани за получаване на реактивна тяга.
В дните на Съветския съюз в лабораториите на Физико-техническия SOAN бяха разработени йонни и плазмени двигатели за прилагане на тези технологии в превозни средства за космически полети. Работата започва през 50-те години на миналия векдвадесети век. Отворени са два типа устройства:
- ерозивен двигател (импулсен);
- стационарен плазмен тласкател (неимпулсен).
Именно тези два вида се използват и до днес.
Ерозивен и неподвижно
Познатият днес плазмен двигател работи благодарение на реактивната сила на плазмената струя от дюзата. Самата плазма се образува с помощта на електрически разряд. За по-опростен източник на захранване на двигателя се избира импулсен режим (ерозивен плазмен двигател). Източникът на енергия е кондензатор с капацитет 0,5 микрофарада и напрежение 10 kV. Зарежда се от трансформатора с диоди и резистор.
С помощта на такива устройства се формират малки и прецизни импулсни тяги, които не могат да се получат при работата на други видове ракетни двигатели. Импулсните плазмени тласкатели бяха успешно тествани през 1964 г. на космическата станция Zond-2.
SPD е вариант на ускорител в разширена зона и със затворен дрейф на електрони. Такива устройства могат да работят за дълъг период от време. Два ксенонови двигателя бяха пуснати за първи път през 1972 г. на борда на съветския Метеор.
Принцип на действие: прототип
Инсталацията работи по следния начин. Напрежението за кондензатора е пролуката между токопроводящия колектор и електродите на разрядната камера. Когато напрежението достигне стойността на пробив, в камерата на двигателя се появява електрически разряд. Въздухът там се нагрява додесет хиляди единици и придобива плазмено състояние. Налягането рязко нараства и плазмената струя изтича от дюзата с голяма скорост.
Ракетата, която е свързана към двигателя, получава реактивна мощност от струята. За да се постигне меко въртене, ракетата е прикрепена със сачмен лагер и балансирана от противотежест.
Най-сложният електрически блок е колектор, който доставя ток. Пролуките между електродите трябва да са не повече от половин милиметър. Тогава няма да има почти никаква загуба на мощност от кондензатора и няма да се генерира допълнително триене, когато ракетата започне да се върти.
Самата ракета и целият плазмен ракетен двигател могат да имат различни размери, но мощността на източника и размерът на кондензатора трябва да бъдат съпоставени. За изчисляване на основните единици и дизайна на ракетата е удобно да използвате схемата след изчисление по специални формули.
Експериментални стойности в примера
В примера с дадено напрежение от шест хиляди вата и капацитет на кондензатора 0,510 (-6) f, в резултат на изчисленията енергията, която се отделя в камерата на двигателя е 5,4 J. И ако температурната разлика е 10000K, тогава обемът на камерата ще бъде равен на половин кубичен сантиметър.
Тогава елементите на електрическата верига ще бъдат:
- трансформатор 2205000V, с мощност 200 вата;
- жилен резистор с мощност 100 вата.
Този модел има работно напрежение над хиляда волта и следователно трябва да бъдебъдете много внимателни, когато работите с него и спазвайте всички необходими правила за безопасност.
Правила за безопасност за експеримента
- Изстрелването се извършва от един човек. Други може да стоят на разстояние от един метър от устройството.
- Всички операции и докосване на уреда на ръка могат да се извършват само ако е изключен от захранването, след като изчакате поне минута след това. Тогава кондензаторът ще има време да се разреди.
- Захранването трябва да се намира в метален корпус, затворен от всички страни. По време на работа той се заземява с помощта на меден проводник, чийто диаметър трябва да бъде най-малко един милиметър и половина.
Плазмените тласкатели за истински ракети трябва да са няколко хиляди пъти по-мощни! Може би тези, които провеждат експерименти с малки проби днес, ще открият нови възможности и свойства на плазмата утре.
