Ilgalaikiam darbui kosmose turėtų būti naudojami patikimi elektriniai raketų varikliai, kurių plazmos srauto greitis yra šimtas penki metrai per sekundę ar daugiau. Plazminiai varikliai buvo pradėti aktyviai kurti praėjusio amžiaus viduryje. Ir šiandien šis darbas tęsiasi.
Pradėti tyrimą
Mūsų protėviai jau seniai norėjo skristi į kosmosą. Ilgą laiką dujos buvo aktyviai tiriamos naudojant elektros iškrovą. Jis buvo dedamas į stiklinį indą su elektrodais. Tada, sumažinus slėgį, pasirodė katodo spinduliai, kurie, kaip vėliau paaiškėjo, buvo elektronų srautas.
Ir 1886 m. buvo aptikta, kad darant skylutes katode, kiti spinduliai, jonizuoti dujų atomai, driekėsi priešinga nuo jų kryptimi. Bet tada, žinoma, jie net neįsivaizdavo, kad jie bus naudojami reaktyvinei traukai gauti.
Sovietų Sąjungos laikais fizikos ir technologijos SOAN laboratorijose buvo sukurti jonų ir plazmos privairavimo įrenginiai, skirti šias technologijas pritaikyti kosminiams skrydžiams skirtose transporto priemonėse. Darbas prasidėjo šeštajame dešimtmetyjedvidešimtas amžius. Buvo atidaryti dviejų tipų įrenginiai:
- erozinis variklis (impulsas);
- stacionarus plazminis variklis (neimpulsinis).
Šie du tipai naudojami iki šiol.
Erozinis ir stacionarus
Šiandien žinomas plazminis variklis veikia dėl plazmos srovės iš purkštuko reaktyviosios jėgos. Pati plazma susidaro elektros iškrovos būdu. Paprastesniam variklio maitinimo š altiniui pasirenkamas impulsinis režimas (erozinis plazminis variklis). Energijos š altinis yra kondensatorius, kurio talpa 0,5 mikrofaradų ir 10 kV įtampa. Jis įkraunamas iš transformatoriaus su diodais ir rezistoriumi.
Tokių prietaisų pagalba susidaro nedidelės ir tikslios impulsinės stūmos, kurių nepavyksta gauti veikiant kitų tipų raketiniams varikliams. Impulsiniai plazminiai varikliai buvo sėkmingai išbandyti 1964 m. kosminėje stotyje Zond-2.
SPD yra greitintuvo variantas išplėstoje zonoje ir su uždaru elektronų dreifu. Tokie įrenginiai gali veikti ilgą laiką. Du ksenoniniai varikliai pirmą kartą buvo pradėti naudoti 1972 m. sovietiniame „Meteor“.
Veikimo principas: prototipas
Įdiegimas veikia taip. Kondensatoriaus įtampa yra tarpas tarp srovei laidžio kolektoriaus ir iškrovos kameros elektrodų. Kai įtampa pasiekia gedimo vertę, variklio kameroje atsiranda elektros iškrova. Ten esantis oras pašildomasdešimties tūkstančių vienetų ir įgauna plazmos būseną. Slėgis staigiai padidėja, o plazmos srovė dideliu greičiu išteka iš purkštuko.
Raketa, kuri yra prijungta prie variklio, gauna reaktyvinę galią iš purkštuko. Kad sukimasis būtų švelnus, raketa pritvirtinama rutuliniu guoliu ir subalansuota atsvara.
Sudėtingiausias elektros blokas yra kolektorius, tiekiantis srovę. Tarpai tarp elektrodų turi būti ne didesni kaip pusė milimetro. Tada beveik nebus prarasta galia iš kondensatoriaus ir nesusidarys papildoma trintis, kai raketa pradės suktis.
Pati raketa ir visas plazminis raketos variklis gali būti skirtingų dydžių, tačiau š altinio galia ir kondensatoriaus dydis turi būti suderinti. Norint apskaičiuoti pagrindinius vienetus ir raketos konstrukciją, patogu naudoti schemą po apskaičiavimo pagal specialias formules.
Eksperimentinės vertės pavyzdyje
Pavyzdyje, kai nurodyta šešių tūkstančių vatų įtampa ir 0,510 (-6) f kondensatoriaus talpa, atlikus skaičiavimus, variklio kameroje išsiskirianti energija yra 5,4 J. jei temperatūrų skirtumas yra 10000K, tai kameros tūris bus lygus pusei kubinio centimetro.
Tada elektros grandinės elementai bus:
- transformatorius 2205000V, kurio galia 200 vatų;
- 100 vatų galios laidinis rezistorius.
Šio modelio darbinė įtampa yra didesnė nei tūkstantis voltų, todėl tokia turi būtibūkite labai atsargūs dirbdami su juo ir laikykitės visų būtinų saugos taisyklių.
Eksperimento saugos taisyklės
- Paleidimą vykdo vienas asmuo. Kiti gali stovėti vieno metro atstumu nuo įrenginio.
- Visas operacijas ir įrenginį liesti ranka galima tik tada, kai jis atjungtas nuo maitinimo š altinio, po to palaukus bent minutę. Tada kondensatorius turės laiko išsikrauti.
- Maitinimo š altinis turi būti metaliniame korpuse, uždarytame iš visų pusių. Eksploatacijos metu jis įžeminamas varine viela, kurios skersmuo turi būti ne mažesnis kaip pusantro milimetro.
Tikroms raketoms skirti plazminiai varikliai turi būti kelis tūkstančius kartų galingesni! Galbūt tie, kurie šiandien atlieka eksperimentus su mažais mėginiais, rytoj atras naujų plazmos galimybių ir savybių.
