לעבודה ארוכת טווח בחלל, יש להשתמש במנועי רקטות חשמליים אמינים עם מהירות זרימת פלזמה בסדר גודל של מאה וחמישה מטרים לשנייה או יותר. מנועי פלזמה החלו להתפתח באופן פעיל באמצע המאה הקודמת. והיום העבודה הזו נמשכת.
התחל מחקר
אבותינו רצו כבר זמן רב לטוס לחלל. במשך זמן רב, גז נחקר באופן פעיל באמצעות פריקה חשמלית. הוא הונח במיכל זכוכית עם אלקטרודות. ואז, כשהלחץ הופחת, הופיעו קרניים שנבעו מהקתודה, שלמעשה, כפי שהתגלה מאוחר יותר, היא זרם של אלקטרונים.
ובשנת 1886 התגלה שבזמן יצירת חורים בקתודה, קרניים אחרות, אטומים מיוננים של גזים, נמתחו בכיוון ההפוך מהן. אבל אז, כמובן, לא היה להם מושג שהם ישמשו כדי להשיג דחף סילון.
בימי ברית המועצות פותחו דחפי יונים ופלזמה במעבדות ה-SOAN לפיזיקה וטכנולוגיה כדי ליישם טכנולוגיות אלו בכלי רכב לטיסות בחלל. העבודה החלה בשנות החמישיםהמאה העשרים. שני סוגים של מכשירים נפתחו:
- מנוע שוחק (אימפולס);
- מדחף פלזמה נייח (לא דופק).
שני הסוגים האלה משמשים עד היום.
שוחק ונייח
מנוע הפלזמה המוכר היום פועל בשל כוח התגובה של סילון הפלזמה מהזרבובית. הפלזמה עצמה נוצרת באמצעות פריקה חשמלית. עבור מקור כוח מנוע פשוט יותר, נבחר מצב דופק (מנוע פלזמה שוחק). מקור האנרגיה הוא קבל עם קיבול של 0.5 מיקרופארד ומתח של 10 קילו וולט. הוא נטען מהשנאי עם דיודות ונגד.
בעזרת מכשירים כאלה נוצרים דחפי דחף קטנים ומדויקים, שלא ניתן להשיגם בהפעלת סוגים אחרים של מנועים רקטיים. דחפי פלזמה פועם נוסו בהצלחה בשנת 1964 בתחנת החלל Zond-2.
SPD הוא גרסה של מאיץ באזור מורחב ועם סחיפה סגורה של אלקטרונים. מכשירים כאלה יכולים לעבוד במשך תקופה ארוכה של זמן. שני מנועי קסנון הושקו לראשונה ב-1972 על סיפון המטאור הסובייטי.
עקרון הפעלה: אב טיפוס
ההתקנה פועלת באופן הבא. המתח עבור הקבל הוא הפער בין הקולט המוליך הזרם לבין האלקטרודות של תא הפריקה. כאשר המתח מגיע לערך התמוטטות, מופיעה פריקה חשמלית בתא המנוע. האוויר שם מחומם לעשרת אלפים יחידות ורוכש מצב פלזמה. הלחץ עולה בחדות, וסילון הפלזמה זורם מהזרבובית במהירות רבה.
הרקטה, שמחוברת למנוע, מקבלת כוח סילון מהסילון. כדי להשיג סיבוב רך, הרקטה מחוברת עם מיסב כדורי ומאוזנת על ידי משקל נגד.
יחידת החשמל המורכבת ביותר היא קולט המספק זרם. הפערים בין האלקטרודות צריכים להיות לא יותר מחצי מילימטר. אז לא יהיה כמעט איבוד כוח מהקבל, ולא ייווצר חיכוך נוסף כשהטיל מתחיל להסתובב.
הרקטה עצמה וכל מנוע רקטת הפלזמה יכולים להיות בגדלים שונים, אך יש להתאים את הספק של המקור לגודל הקבל. כדי לחשב את היחידות הבסיסיות ותכנון הרקטות, נוח להשתמש בסכימה לאחר חישוב לפי נוסחאות מיוחדות.
ערכים ניסויים בדוגמה
בדוגמה עם מתח נתון של ששת אלפים וואט וקיבול קבל של 0.510 (-6) f, כתוצאה מחישובים, האנרגיה המשתחררת בתא המנוע היא 5.4 J. ו אם הפרש הטמפרטורה הוא 10000K, אז נפח החדר יהיה שווה לחצי סנטימטר מעוקב.
אז הרכיבים של המעגל החשמלי יהיו:
- שנאי 2205000V, בעל הספק של 200 וואט;
- נגד חוט בהספק של 100 וואט.
לדגם זה יש מתח פעולה של יותר מאלף וולט, ולכן חייב להיותהיזהר מאוד כשאתה עובד איתו ושמור על כל כללי הבטיחות הדרושים.
כללי בטיחות לניסוי
- ההשקה מתבצעת על ידי אדם אחד. אחרים עשויים לעמוד במרחק של מטר אחד מהמכשיר.
- כל הפעולות והנגיעה ביחידה ביד יכולים להתבצע רק אם היא מנותקת מהחשמל, לאחר המתנה של דקה לפחות לאחר מכן. אז הקבל יספיק לפרוק.
- ספק הכוח חייב להיות ממוקם במארז מתכת, סגור מכל הצדדים. בזמן הפעולה הוא מקורקע באמצעות חוט נחושת שקוטרו חייב להיות לפחות מילימטר וחצי.
דחפי פלזמה לרקטות אמיתיות חייבים להיות חזקים פי כמה אלפי! אולי מי שיבצע היום ניסויים בדגימות קטנות יגלו מחר אפשרויות ותכונות חדשות של פלזמה.
