Na dlhodobú prácu vo vesmíre by sa mali používať spoľahlivé elektrické raketové motory s rýchlosťou prúdenia plazmy rádovo stopäť metrov za sekundu alebo viac. Plazmové motory sa začali aktívne rozvíjať v polovici minulého storočia. A dnes táto práca pokračuje.
Začať výskum
Naši predkovia už dlho chceli letieť do vesmíru. Plyn sa už dlho aktívne študuje pomocou elektrického výboja. Bol umiestnený v sklenenej nádobe s elektródami. Potom, keď sa tlak znížil, objavili sa lúče vychádzajúce z katódy, čo v skutočnosti, ako sa neskôr zistilo, bol prúd elektrónov.
A v roku 1886 sa zistilo, že pri vytváraní otvorov v katóde sa iné lúče, ionizované atómy plynov, natiahli v opačnom smere od nich. Potom však, samozrejme, netušili, že budú použité na získanie prúdového ťahu.
V časoch Sovietskeho zväzu boli v laboratóriách Fyzikálneho a technologického inštitútu SOAN vyvinuté iónové a plazmové trysky na použitie týchto technológií vo vozidlách pre vesmírne lety. Práce sa začali v 50. rokoch 20. storočiadvadsiate storočie. Boli otvorené dva typy zariadení:
- erozívny motor (impulz);
- stacionárna plazmová tryska (bez impulzov).
Práve tieto dva typy sa používajú dodnes.
Erozívne a stacionárne
Dnes známy plazmový motor funguje vďaka reaktívnej sile plazmového prúdu z dýzy. Samotná plazma vzniká pomocou elektrického výboja. Pre jednoduchší zdroj energie motora je zvolený pulzný režim (erozívny plazmový motor). Zdrojom energie je kondenzátor s kapacitou 0,5 mikrofaradu a napätím 10 kV. Nabíja sa z transformátora s diódami a rezistorom.
Pomocou takýchto zariadení sa vytvárajú malé a presné impulzné ťahy, ktoré nie je možné dosiahnuť pri prevádzke iných typov raketových motorov. Pulzné plazmové trysky boli úspešne testované v roku 1964 na vesmírnej stanici Zond-2.
SPD je variant urýchľovača v rozšírenej zóne a s uzavretým driftom elektrónov. Takéto zariadenia môžu pracovať dlhú dobu. Dva xenónové motory boli prvýkrát spustené v roku 1972 na palube sovietskeho Meteoru.
Princíp činnosti: prototyp
Inštalácia funguje nasledovne. Napätie pre kondenzátor je medzera medzi kolektorom vodivým prúdu a elektródami výbojovej komory. Keď napätie dosiahne prieraznú hodnotu, v motorovej komore sa objaví elektrický výboj. Vzduch sa tam ohrieva nadesaťtisíc jednotiek a nadobúda plazmový stav. Tlak sa prudko zvýši a prúd plazmy vyteká z dýzy veľkou rýchlosťou.
Raketa, ktorá je pripojená k motoru, dostáva prúdovú energiu z prúdového lietadla. Na dosiahnutie mäkkej rotácie je raketa pripevnená guľôčkovým ložiskom a vyvážená protizávažím.
Najkomplexnejšou elektrickou jednotkou je kolektor, ktorý dodáva prúd. Medzery medzi elektródami by nemali byť väčšie ako pol milimetra. Potom nedôjde k takmer žiadnej strate energie z kondenzátora a nevznikne žiadne dodatočné trenie, keď sa raketa začne otáčať.
Samotná raketa a celý plazmový raketový motor môžu mať rôzne veľkosti, ale výkon zdroja a veľkosť kondenzátora musia byť zosúladené. Na výpočet základných jednotiek a konštrukcie rakety je vhodné použiť schému po výpočte podľa špeciálnych vzorcov.
Experimentálne hodnoty na príklade
Na príklade s daným napätím 6000 wattov a kapacitou kondenzátora 0,510 (-6) f je výsledkom výpočtov energia, ktorá sa uvoľní v motorovej komore, 5,4 J. A ak je teplotný rozdiel 10 000 K, potom sa objem komory bude rovnať pol centimetra kubického.
Potom prvky elektrického obvodu budú:
- transformátor 2205000V s výkonom 200 wattov;
- drôtový rezistor s výkonom 100 wattov.
Tento model má prevádzkové napätie viac ako tisíc voltov, a preto musí byťpri práci s ním buďte veľmi opatrní a dodržiavajte všetky potrebné bezpečnostné pravidlá.
Bezpečnostné pravidlá pre experiment
- Spustenie vykonáva jedna osoba. Ostatní môžu stáť vo vzdialenosti jeden meter od zariadenia.
- Všetky operácie a dotýkanie sa jednotky rukou je možné vykonať iba vtedy, ak je odpojená od zdroja napájania a potom počkajte aspoň minútu. Potom bude mať kondenzátor čas sa vybiť.
- Napájací zdroj musí byť umiestnený v kovovom obale, uzavretý zo všetkých strán. Počas prevádzky je uzemnený pomocou medeného drôtu, ktorého priemer musí byť aspoň jeden a pol milimetra.
Plazmové trysky pre skutočné rakety musia byť niekoľkotisíckrát výkonnejšie! Možno tí, ktorí dnes robia experimenty s malými vzorkami, zajtra objavia nové možnosti a vlastnosti plazmy.
