Плазмові двигуни: історія, види, досвід
Для тривалої роботи в космосі повинні використовуватися надійні електроракетні двигуни зі швидкістю витікання плазми близько ста п`яти метрів в секунду і більше. Плазмові двигуни почали активно розробляти ще в середині минулого століття. І сьогодні ця робота продовжується.
Содержание
початок досліджень
У космос наші предки давно хотіли полетіти. Вже давно активно вивчався газ за допомогою електричного розряду. Його поміщали в скляну ємність з електродами. Тоді при зниженні тиску з`являлися промені, що йдуть від катода, що насправді, як пізніше з`ясували, було потоком електронів.
А в 1886 році виявилося, що, роблячи отвори в катоді, в зворотному напрямку від них тяглися інші промені - іонізовані атоми газів. Але тоді, звичайно, не здогадувалися, що їх будуть застосовувати для отримання реактивної тяги.
За часів Радянського Союзу в лабораторіях фізико-технічного СВАН розроблялися іонні та плазмові двигуни, щоб застосовувати ці технології в апаратах для польоту в космос. Робота почалася ще в п`ятдесяті роки двадцятого століття. Були відкриті два типи пристроїв:
- ерозійний двигун (імпульсний);
- стаціонарний плазмовий двигун (неімпульсний).
Саме ці два види і використовуються досі.
Ерозійний і стаціонарний
Плазмовий двигун, який відомий сьогодні, функціонує за рахунок реактивної сили струменя плазми з сопла. Сама плазма утворюється за допомогою електричного розряду. Для більш простого джерела живлення мотора вибирається імпульсний режим (ерозійний плазмовий двигун). Як енергоджерела виступає конденсатор, ємність якого становить 0,5 мкФ, а напруга - 10 кВ. Його зарядка походить від трансформатора діодами і резистором.
За допомогою таких пристроїв утворюються малі і точні імпульсні тяги, які неможливо отримати при роботі інших типів ракетних двигунів. Успішні випробування імпульсні плазмові двигуни пройшли в 1964 році на космічній станції «Зонд-2».
СПД є варіантом прискорювача на протяжної зоні і з замкнутим дрейфом з електронів. Такі пристрої здатні працювати тривалий період часу. Два двигуна на ксеноні були вперше запущені в 1972 році на борту радянського «Метеора».
Принцип дії: дослідний зразок
Робота установки проводиться таким чином. Напругою для конденсатора є зазор між колектором, який проводить струм, і електродами розрядної камери. При досягненні напругою величини пробою, в камері двигуна з`являється електророзряд. Повітря там нагрівається до десяти тисяч одиниць і набуває полум`яне стан. Тиск з різкістю збільшується, і струмінь плазми з величезною швидкістю витікає з сопла.
Ракета, яка з`єднана з двигуном, отримує реактивну силу від струменя. Для здійснення м`якого обертання ракета прикріплюється кульковим підшипником і завдяки противазі врівноважується.
Найскладнішим електровузли є колектор, підвідний струм. Зазори між електродами повинні бути не більше половини міліметра. Тоді потужність при передачі від конденсатора майже не загубиться, і не буде утворено додаткове тертя, коли ракета почне обертатися.
Сама ракета і весь плазмовий ракетний двигун можуть мати різні розміри, проте необхідно дотримуватися відповідність потужності джерела і розміру конденсатора. Для розрахунку базових вузлів і устаткування ракети зручно використовувати схему після обчислення за спеціальними формулами.
Досвідчені значення на прикладі
На прикладі з заданою напругою в шість тисяч Ватт і ємності конденсатора 0,5 * 10 (-6) ф в результаті обчислень вийде енергія, яка виділяється в камері двигуна, що дорівнює 5,4 Дж. А якщо різниця температур складе 10000К, то обсяг камери вийде рівний половині кубічного сантиметра.
Тоді елементами електричної схеми стануть:
- трансформатор 220 * 5000В, що має потужність 200 Ватт;
- резистор дротяний, який має потужність 100 Ватт.
Ця модель має робочу напругу понад тисячу вольт, а тому необхідно бути дуже обережним при роботі з нею і дотримуватися всі необхідні правила безпеки.
Правила безпеки під час проведення досвіду
- Запуск проводить одна людина. Інші можуть стояти на віддалі на відстані від одного метра від приладу.
- Всі операції і торкання установки руками можна робити тільки в тому випадку, якщо вона відключена від харчування, вождів не менше хвилини після цього. Тоді конденсатор встигне розрядитися.
- Джерело живлення повинно бути розташований в корпусі з металу, закритому з усіх боків. При роботі він заземлюється за допомогою мідного дроту, діаметр якого повинен становити не менше півтора міліметрів.
Плазмові двигуни для справжніх ракет повинні мати потужність в кілька тисяч разів більше! Може, тим, хто сьогодні проводить досліди з маленькими зразками, завтра належить відкривати нові можливості та властивості плазми.
