Za dugotrajan rad u svemiru trebali bi se koristiti pouzdani električni raketni motori s brzinom strujanja plazme od stotinu i pet metara u sekundi ili više. Plazma motori počeli su se aktivno razvijati sredinom prošlog stoljeća. I danas se ovaj posao nastavlja.
Započni istraživanje
Naši preci su dugo željeli letjeti u svemir. Dugo se plin aktivno proučava pomoću električnog pražnjenja. Stavljeno je u staklenu posudu s elektrodama. Zatim, kada je tlak smanjen, pojavile su se zrake koje su izlazile iz katode, a koja je zapravo, kako se kasnije saznalo, bila struja elektrona.
A 1886. godine otkriveno je da su se, dok prave rupe na katodi, druge zrake, ionizirani atomi plinova, protežu u suprotnom smjeru od njih. Ali tada, naravno, nisu imali pojma da će se koristiti za postizanje mlaznog potiska.
U vrijeme Sovjetskog Saveza, ionski i plazma potisnici razvijeni su u laboratorijima SOAN-a za fiziku i tehnologiju za primjenu ovih tehnologija u vozilima za letove u svemir. Radovi su započeli 1950-ih godinadvadeseto stoljeće. Otvorene su dvije vrste uređaja:
- erozivni motor (impuls);
- stacionarni plazma potisnik (bez impulsa).
Upravo se ove dvije vrste koriste do danas.
Erozivno i nepokretno
Plazma motor koji je danas poznat radi zahvaljujući reaktivnoj sili mlaza plazme iz mlaznice. Sama plazma nastaje pomoću električnog pražnjenja. Za jednostavniji izvor napajanja motora odabire se impulsni način rada (erozivni plazma motor). Izvor energije je kondenzator kapaciteta 0,5 mikrofarada i napona 10 kV. Napaja se iz transformatora s diodama i otpornikom.
Uz pomoć ovakvih uređaja stvaraju se mali i precizni impulsni potiski, koji se ne mogu postići radom drugih tipova raketnih motora. Impulsni plazma potisnici uspješno su testirani 1964. na svemirskoj stanici Zond-2.
SPD je varijanta akceleratora u proširenoj zoni i sa zatvorenim driftom elektrona. Takvi uređaji mogu raditi dugo vremena. Dva ksenonska motora prvi put su lansirana 1972. na sovjetskom Meteoru.
Princip rada: prototip
Instalacija radi na sljedeći način. Napon za kondenzator je jaz između kolektora koji provodi struju i elektroda komore za pražnjenje. Kada napon dosegne vrijednost proboja, u komori motora pojavljuje se električno pražnjenje. Zrak se tamo zagrijava dodeset tisuća jedinica i dobiva stanje plazme. Pritisak naglo raste, a mlaz plazme velikom brzinom istječe iz mlaznice.
Raketa, koja je povezana s motorom, prima mlaznu snagu od mlaza. Da bi se postigla meka rotacija, raketa je pričvršćena kugličnim ležajem i uravnotežena protutegom.
Najsloženija električna jedinica je kolektor koji opskrbljuje struju. Razmaci između elektroda ne smiju biti veći od pola milimetra. Tada neće biti gotovo nikakvog gubitka snage iz kondenzatora i neće se stvarati dodatno trenje kada se raketa počne vrtjeti.
Sama raketa i cijeli plazma raketni motor mogu imati različite veličine, ali snaga izvora i veličina kondenzatora moraju biti usklađeni. Za izračunavanje osnovnih jedinica i dizajna rakete, prikladno je koristiti shemu nakon izračuna po posebnim formulama.
Eksperimentalne vrijednosti na primjeru
U primjeru s danim naponom od šest tisuća vata i kapacitetom kondenzatora od 0,510 (-6) f, kao rezultat izračuna, energija koja se oslobađa u komori motora iznosi 5,4 J. I ako je temperaturna razlika 10000K, tada će volumen komore biti jednak pola kubičnog centimetra.
Tada će elementi električnog kruga biti:
- transformator 2205000V, snage 200 vati;
- žičani otpornik snage 100 vata.
Ovaj model ima radni napon veći od tisuću volti, i stoga mora bitibudite vrlo oprezni pri radu s njim i pridržavajte se svih potrebnih sigurnosnih pravila.
Sigurnosna pravila za eksperiment
- Lansiranje provodi jedna osoba. Drugi mogu stajati na udaljenosti od jednog metra od uređaja.
- Sve radnje i ručni dodir s jedinicom mogu se izvršiti samo ako je isključen iz napajanja, nakon što je nakon toga čekao najmanje minutu. Tada će kondenzator imati vremena da se isprazni.
- Napajanje mora biti smješteno u metalnom kućištu, zatvorenom sa svih strana. Tijekom rada uzemljuje se pomoću bakrene žice čiji promjer mora biti najmanje jedan i pol milimetar.
Plazma potisnici za prave rakete moraju biti nekoliko tisuća puta snažniji! Možda će oni koji danas provode eksperimente s malim uzorcima sutra otkriti nove mogućnosti i svojstva plazme.
