Vir langtermynwerk in die ruimte moet betroubare elektriese vuurpylenjins met 'n plasmavloeisnelheid van die orde van honderd en vyf meter per sekonde of meer gebruik word. Plasma-enjins het aktief begin ontwikkel in die middel van die vorige eeu. En vandag gaan hierdie werk voort.
Begin navorsing
Ons voorvaders wou lankal die ruimte invlieg. Gas is vir 'n lang tyd aktief bestudeer met behulp van 'n elektriese ontlading. Dit is in 'n glashouer met elektrodes geplaas. Toe, toe die druk verminder is, verskyn strale wat uit die katode uitgaan, wat in werklikheid, soos later uitgevind is, 'n stroom elektrone was.
En in 1886 is ontdek dat, terwyl gate in die katode gemaak word, ander strale, geïoniseerde atome van gasse, in die teenoorgestelde rigting daarvan gestrek het. Maar dan het hulle natuurlik geen idee gehad dat hulle gebruik sou word om straalstoot te verkry nie.
In die dae van die Sowjetunie is ioon- en plasmastootkragte in die laboratoriums van die Fisika en Tegnologie SOAN ontwikkel om hierdie tegnologieë in voertuie vir ruimtevlug toe te pas. Werk het in die 1950's begintwintigste eeu. Twee tipes toestelle is oopgemaak:
- erosie-enjin (impuls);
- stasionêre plasma-stuwer (nie-gepulseerd).
Dit is hierdie twee tipes wat tot vandag toe gebruik word.
Erosief en stilstaand
Die plasma-enjin wat vandag bekend is, werk as gevolg van die reaktiewe krag van die plasmastraal vanaf die spuitkop. Die plasma self word deur middel van 'n elektriese ontlading gevorm. Vir 'n eenvoudiger motorkragbron word 'n gepulseerde modus (erosieplasma-enjin) gekies. Die energiebron is 'n kapasitor met 'n kapasitansie van 0,5 mikrofarad en 'n spanning van 10 kV. Dit word vanaf die transformator gelaai met diodes en 'n resistor.
Met die hulp van sulke toestelle word klein en presiese impulsstootkragte gevorm, wat nie met die werking van ander soorte vuurpylmotors verkry kan word nie. Gepulseerde plasma-stuwers is suksesvol in 1964 op die Zond-2-ruimtestasie getoets.
SPD is 'n variant van 'n versneller in 'n uitgebreide sone en met 'n geslote dryf van elektrone. Sulke toestelle kan vir 'n lang tydperk werk. Twee xenon-enjins is vir die eerste keer in 1972 aan boord van die Sowjet Meteor gelanseer.
Bedryfsbeginsel: prototipe
Die installasie werk soos volg. Die spanning vir die kapasitor is die gaping tussen die stroomgeleidende kollektor en die elektrodes van die ontladingskamer. Wanneer die spanning die afbreekwaarde bereik, verskyn 'n elektriese ontlading in die enjinkamer. Die lug daar word verhit tottienduisend eenhede en verkry 'n plasmatoestand. Die druk neem skerp toe, en die plasmastraal vloei met groot spoed uit die spuitstuk.
Die vuurpyl, wat aan die enjin gekoppel is, ontvang straalkrag van die straal. Om 'n sagte rotasie te verkry, word die vuurpyl met 'n kogellager geheg en deur 'n teengewig gebalanseer.
Die mees komplekse elektriese eenheid is 'n versamelaar wat stroom verskaf. Die gapings tussen die elektrodes moet nie meer as 'n halwe millimeter wees nie. Dan sal daar byna geen kragverlies vanaf die kapasitor wees nie, en geen bykomende wrywing sal gegenereer word wanneer die vuurpyl begin tol nie.
Die vuurpyl self en die hele plasma-vuurpyl-enjin kan verskillende groottes hê, maar die krag van die bron en die grootte van die kapasitor moet ooreenstem. Om die basiese eenhede en vuurpylontwerp te bereken, is dit gerieflik om die skema te gebruik na berekening deur spesiale formules.
Eksperimentele waardes op die voorbeeld
Op die voorbeeld met 'n gegewe spanning van sesduisend watt en 'n kapasitorkapasitansie van 0,510 (-6) f, as gevolg van berekeninge, is die energie wat in die enjinkamer vrygestel word 5,4 J. En as die temperatuurverskil 10000K is, dan sal die volume van die kamer gelyk wees aan 'n halwe kubieke sentimeter.
Dan sal die elemente van die elektriese stroombaan wees:
- transformator 2205000V, met 'n krag van 200 watt;
- draadweerstand met 'n krag van 100 watt.
Hierdie model het 'n bedryfspanning van meer as 'n duisend volt, en moet dus weeswees baie versigtig wanneer jy daarmee werk en hou alle nodige veiligheidsreëls na.
Veiligheidsreëls vir die eksperiment
- Die bekendstelling word deur een persoon uitgevoer. Ander kan op 'n afstand van een meter van die toestel af staan.
- Alle bewerkings en aanraking van die eenheid met die hand kan slegs gedoen word as dit van die kragtoevoer ontkoppel is, nadat daar ten minste 'n minuut daarna gewag is. Dan sal die kapasitor tyd hê om te ontlaai.
- Die kragtoevoer moet in 'n metaalkas geleë wees, aan alle kante toegemaak. Tydens werking word dit geaard deur middel van 'n koperdraad waarvan die deursnee minstens een en 'n half millimeter moet wees.
Plasma-stuwers vir regte vuurpyle moet 'n paar duisend keer kragtiger wees! Miskien sal diegene wat vandag eksperimente met klein monsters doen, môre nuwe moontlikhede en eienskappe van plasma ontdek.
