Pro dlouhodobou práci ve vesmíru by se měly používat spolehlivé elektrické raketové motory s rychlostí proudění plazmy řádově sto pět metrů za sekundu nebo více. Plazmové motory se začaly aktivně vyvíjet v polovině minulého století. A dnes tato práce pokračuje.
Zahájit výzkum
Naši předci dlouho chtěli letět do vesmíru. Plyn byl po dlouhou dobu aktivně studován pomocí elektrického výboje. Byl umístěn ve skleněné nádobě s elektrodami. Poté, když se tlak snížil, objevily se paprsky vycházející z katody, což ve skutečnosti, jak se později zjistilo, byl proud elektronů.
A v roce 1886 bylo zjištěno, že při vytváření děr v katodě se jiné paprsky, ionizované atomy plynů, táhly v opačném směru od nich. Ale pak samozřejmě netušili, že budou použity k získání tahu proudového letadla.
V dobách Sovětského svazu byly v laboratořích Physics and Technology SOAN vyvinuty iontové a plazmové trysky za účelem aplikace těchto technologií ve vozidlech pro kosmické lety. Práce začaly v 50. letech 20. stoletídvacáté století. Byly otevřeny dva typy zařízení:
- erozivní motor (impuls);
- stacionární plazmová tryska (bez pulzování).
Právě tyto dva typy se používají dodnes.
Erozivní a stacionární
Dnes známý plazmový motor funguje díky reaktivní síle plazmového paprsku z trysky. Samotné plazma vzniká pomocí elektrického výboje. Pro jednodušší zdroj energie motoru je zvolen pulzní režim (erozivní plazmový motor). Zdrojem energie je kondenzátor s kapacitou 0,5 mikrofaradu a napětím 10 kV. Nabíjí se z transformátoru s diodami a rezistorem.
Pomocí takových zařízení se vytvářejí malé a přesné impulsní tahy, které nelze dosáhnout provozem jiných typů raketových motorů. Pulzní plazmové trysky byly úspěšně testovány v roce 1964 na vesmírné stanici Zond-2.
SPD je varianta urychlovače v rozšířené zóně a s uzavřeným driftem elektronů. Taková zařízení mohou fungovat po dlouhou dobu. Dva xenonové motory byly poprvé vypuštěny v roce 1972 na palubě Sovětského Meteoru.
Princip fungování: prototyp
Instalace funguje následovně. Napětí pro kondenzátor je mezera mezi kolektorem vedoucím proud a elektrodami výbojové komory. Když napětí dosáhne průrazné hodnoty, objeví se v motorové komoře elektrický výboj. Vzduch se tam ohřívá nadeset tisíc jednotek a získá plazmový stav. Tlak se prudce zvyšuje a plazmový paprsek vytéká z trysky velkou rychlostí.
Raketa, která je připojena k motoru, přijímá proudový výkon z proudového letadla. Pro dosažení měkké rotace je raketa připevněna kuličkovým ložiskem a vyvážena protizávažím.
Nejsložitější elektrickou jednotkou je kolektor, který dodává proud. Mezery mezi elektrodami by neměly být větší než půl milimetru. Pak nedojde k téměř žádné ztrátě energie z kondenzátoru a nebude generováno žádné další tření, když se raketa začne otáčet.
Raketa samotná a celý plazmový raketový motor mohou mít různé velikosti, ale výkon zdroje a velikost kondenzátoru musí odpovídat. Pro výpočet základních jednotek a konstrukce rakety je vhodné použít schéma po výpočtu podle speciálních vzorců.
Experimentální hodnoty na příkladu
Na příkladu s daným napětím šest tisíc wattů a kapacitou kondenzátoru 0,510 (-6) f je v důsledku výpočtů energie uvolněná v motorové komoře 5,4 J. A pokud je teplotní rozdíl 10000 K, pak se objem komory bude rovnat půl kubického centimetru.
Pak prvky elektrického obvodu budou:
- transformátor 2205000V, s výkonem 200 wattů;
- drátový rezistor s výkonem 100 wattů.
Tento model má provozní napětí vyšší než tisíc voltů, a proto musí býtpři práci s ním buďte velmi opatrní a dodržujte všechna nezbytná bezpečnostní pravidla.
Bezpečnostní pravidla pro experiment
- Spuštění provádí jedna osoba. Ostatní mohou stát ve vzdálenosti jednoho metru od zařízení.
- Všechny operace a dotýkání se jednotky rukou lze provést pouze v případě, že je jednotka odpojena od zdroje napájení, poté počkejte alespoň minutu. Poté bude mít kondenzátor čas se vybít.
- Napájecí zdroj musí být umístěn v kovovém pouzdře, uzavřeném ze všech stran. Za provozu je uzemněn pomocí měděného drátu, jehož průměr musí být alespoň jeden a půl milimetru.
Plasmové trysky pro skutečné rakety musí být několik tisíckrát výkonnější! Možná ti, kdo dnes provádějí experimenty s malými vzorky, zítra objeví nové možnosti a vlastnosti plazmatu.
