برای کار طولانی مدت در فضا، باید از موتورهای موشک برقی قابل اعتماد با سرعت جریان پلاسما در حدود صد و پنج متر در ثانیه یا بیشتر استفاده کرد. موتورهای پلاسما در اواسط قرن گذشته شروع به توسعه فعال کردند. و امروز این کار ادامه دارد.
شروع تحقیق
اجداد ما مدتهاست که می خواستند به فضا پرواز کنند. برای مدت طولانی، گاز به طور فعال با استفاده از تخلیه الکتریکی مورد مطالعه قرار گرفته است. در یک ظرف شیشه ای با الکترود قرار داده شد. سپس، هنگامی که فشار کاهش یافت، پرتوهایی که از کاتد ساطع می‌شدند ظاهر شدند که در واقع، همانطور که بعداً مشخص شد، جریانی از الکترون بود.
و در سال 1886 کشف شد که هنگام ایجاد سوراخ در کاتد، پرتوهای دیگر، اتم های یونیزه شده گازها، در جهت مخالف آنها کشیده می شوند. اما پس از آن، البته، آنها نمی دانستند که از آنها برای به دست آوردن نیروی رانش جت استفاده می شود.
در روزهای اتحاد جماهیر شوروی، پیشرانه های یونی و پلاسما در آزمایشگاه های فیزیک و فناوری SOAN توسعه یافتند تا از این فناوری ها در وسایل نقلیه برای پرواز فضایی استفاده کنند. کار در دهه 1950 شروع شدقرن بیستم. دو نوع دستگاه باز شده است:
- موتور فرسایشی (تکانشی)؛
- رانشگر پلاسما ثابت (غیر پالسی).
این دو نوع هستند که تا به امروز مورد استفاده قرار می گیرند.
فرسایش و ساکن
موتور پلاسما که امروزه شناخته شده است به دلیل نیروی واکنشی جت پلاسما از نازل کار می کند. خود پلاسما از طریق یک تخلیه الکتریکی تشکیل می شود. برای یک منبع انرژی موتور ساده تر، حالت پالسی (موتور پلاسما فرسایشی) انتخاب شده است. منبع انرژی یک خازن با ظرفیت 0.5 میکروفاراد و ولتاژ 10 کیلو ولت است. از ترانسفورماتور با دیودها و یک مقاومت شارژ می شود.
به کمک چنین وسایلی، رانش های ضربه ای کوچک و دقیقی شکل می گیرد که با کارکرد انواع دیگر موتورهای موشک نمی توان به آن ها دست یافت. رانشگرهای پالسی پلاسما در سال 1964 در ایستگاه فضایی Zond-2 با موفقیت آزمایش شدند.
SPD گونه‌ای از یک شتاب‌دهنده در ناحیه گسترده و با رانش بسته الکترون‌ها است. چنین دستگاه هایی می توانند برای مدت طولانی کار کنند. دو موتور زنون برای اولین بار در سال 1972 روی شهاب شوروی راه اندازی شدند.
اصل عملیاتی: نمونه اولیه
نصب به شرح زیر عمل می کند. ولتاژ خازن شکاف بین کلکتور رسانای جریان و الکترودهای محفظه تخلیه است. هنگامی که ولتاژ به مقدار شکست می رسد، تخلیه الکتریکی در محفظه موتور ظاهر می شود. هوای آنجا گرم می شودده هزار واحد و حالت پلاسمایی پیدا می کند. فشار به شدت افزایش می یابد و جت پلاسما با سرعت زیادی از نازل خارج می شود.
موشک که به موتور متصل است، نیروی جت را از جت دریافت می کند. برای دستیابی به یک چرخش نرم، موشک با یک بلبرینگ متصل شده و توسط یک وزنه تعادل متعادل می شود.
پیچیده ترین واحد الکتریکی کلکتوری است که جریان را تامین می کند. فاصله بین الکترودها نباید بیشتر از نیم میلی متر باشد. سپس تقریباً هیچ اتلاف توانی از خازن وجود نخواهد داشت و هیچ اصطکاک اضافی با شروع چرخش موشک ایجاد نخواهد شد.
خود موشک و کل موتور موشک پلاسما می توانند اندازه های مختلفی داشته باشند، اما قدرت منبع و اندازه خازن باید مطابقت داشته باشند. برای محاسبه واحدهای اصلی و طراحی موشک، استفاده از طرح پس از محاسبه با فرمول های خاص راحت است.
مقادیر آزمایشی در مثال
در مثال با ولتاژ معین شش هزار وات و ظرفیت خازن 0.510 (-6) f، در نتیجه محاسبات، انرژی آزاد شده در محفظه موتور 5.4 ژول است. اگر اختلاف دما 10000K باشد، حجم محفظه برابر با نیم سانتی متر مکعب خواهد بود.
سپس عناصر مدار الکتریکی عبارتند از:
- ترانسفورماتور 2205000 ولت با توان 200 وات؛
- مقاومت سیم با توان 100 وات.
این مدل دارای ولتاژ کاری بیش از هزار ولت است و بنابراین بایدهنگام کار با آن بسیار مراقب باشید و تمام قوانین ایمنی لازم را رعایت کنید.
قوانین ایمنی برای آزمایش
- پرتاب توسط یک نفر انجام می شود. دیگران ممکن است در فاصله یک متری دستگاه بایستند.
- همه عملیات و لمس دستگاه با دست تنها در صورت قطع برق و پس از حداقل یک دقیقه انتظار پس از آن قابل انجام است. سپس خازن زمان تخلیه را خواهد داشت.
- منبع تغذیه باید در یک محفظه فلزی قرار گیرد و از همه طرف بسته شود. در حین کار با سیم مسی که قطر آن حداقل باید یک و نیم میلی متر باشد زمین می شود.
رانشگرهای پلاسما برای موشک های واقعی باید چندین هزار برابر قدرتمندتر باشند! شاید کسانی که امروز با نمونه‌های کوچک آزمایش می‌کنند، فردا احتمالات و ویژگی‌های جدید پلاسما را کشف کنند.
