Für Langzeitarbeiten im Weltraum sollten zuverlässige elektrische Raketenantriebe mit einer Plasmaströmungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von einhundertfünf Metern pro Sekunde oder mehr verwendet werden. Plasmamotoren wurden Mitte des letzten Jahrhunderts aktiv entwickelt. Und heute geht diese Arbeit weiter.
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Unsere Vorfahren wollten schon lange ins All fliegen. Gas wurde lange Zeit aktiv unter Verwendung einer elektrischen Entladung untersucht. Es wurde in einen Glasbehälter mit Elektroden gegeben. Dann, als der Druck verringert wurde, erschienen Strahlen, die von der Kathode ausgingen, die, wie sich später herausstellte, tatsächlich ein Strom von Elektronen waren.
Und 1886 wurde entdeckt, dass andere Strahlen, ionisierte Gasatome, sich in die entgegengesetzte Richtung von ihnen ausdehnten, während sie Löcher in die Kathode bohrten. Aber andererseits hatten sie natürlich keine Ahnung, dass sie verwendet werden würden, um Strahlschub zu erh alten.
Zu Zeiten der Sowjetunion wurden in den Labors des Physikalisch-Technischen SOAN Ionen- und Plasmatriebwerke entwickelt, um diese Technologien in Fahrzeugen für die Raumfahrt einzusetzen. Die Arbeiten begannen in den 1950er Jahrenzwanzigsten Jahrhunderts. Es wurden zwei Arten von Geräten geöffnet:
- erosiver Motor (Impuls);
- stationäres Plasma-Triebwerk (nicht gepulst).
Diese beiden Typen werden bis heute verwendet.
Erosiv und stationär
Der heute bekannte Plasmamotor arbeitet aufgrund der Reaktionskraft des Plasmastrahls aus der Düse. Das Plasma selbst entsteht durch eine elektrische Entladung. Für eine einfachere Motorstromquelle wird ein gepulster Modus (erosiver Plasmamotor) ausgewählt. Die Energiequelle ist ein Kondensator mit einer Kapazität von 0,5 Mikrofarad und einer Spannung von 10 kV. Es wird vom Trafo mit Dioden und einem Widerstand aufgeladen.
Mit Hilfe solcher Geräte werden kleine und präzise Impulsstöße erzeugt, die mit dem Betrieb anderer Arten von Raketenmotoren nicht erreicht werden können. Gepulste Plasmatriebwerke wurden 1964 erfolgreich auf der Raumstation Zond-2 getestet.
SPD ist eine Variante eines Beschleunigers in einer ausgedehnten Zone und mit einer geschlossenen Elektronendrift. Solche Geräte können über einen langen Zeitraum funktionieren. Zwei Xenon-Triebwerke wurden erstmals 1972 an Bord der sowjetischen Meteor gestartet.
Funktionsprinzip: Prototyp
Die Installation funktioniert wie folgt. Die Spannung für den Kondensator ist der Sp alt zwischen dem stromführenden Kollektor und den Elektroden der Entladungskammer. Wenn die Spannung den Durchschlagswert erreicht, tritt in der Motorkammer eine elektrische Entladung auf. Die Luft wird dort aufgeheiztzehntausend Einheiten und nimmt einen Plasmazustand an. Der Druck steigt stark an und der Plasmastrahl strömt mit großer Geschwindigkeit aus der Düse.
Die Rakete, die mit dem Triebwerk verbunden ist, erhält Strahlkraft vom Jet. Um eine sanfte Rotation zu erreichen, ist die Rakete kugelgelagert und durch ein Gegengewicht ausbalanciert.
Die komplexeste elektrische Einheit ist ein Kollektor, der Strom liefert. Die Abstände zwischen den Elektroden sollten nicht mehr als einen halben Millimeter betragen. Dann gibt es fast keinen Leistungsverlust durch den Kondensator, und es wird keine zusätzliche Reibung erzeugt, wenn die Rakete zu rotieren beginnt.
Die Rakete selbst und der gesamte Plasmaraketenantrieb können unterschiedliche Größen haben, aber die Leistung der Quelle und die Größe des Kondensators müssen aufeinander abgestimmt sein. Um die Grundeinheiten und das Raketendesign zu berechnen, ist es zweckmäßig, das Schema nach der Berechnung mit speziellen Formeln zu verwenden.
Erfahrungswerte am Beispiel
Am Beispiel mit einer gegebenen Spannung von sechstausend Watt und einer Kondensatorkapazität von 0,510 (-6) f beträgt die Energie, die in der Motorkammer freigesetzt wird, 5,4 J. Und Wenn die Temperaturdifferenz 10000 K beträgt, entspricht das Volumen der Kammer einem halben Kubikzentimeter.
Dann sind die Elemente des Stromkreises:
- Transformator 2205000V, mit einer Leistung von 200 Watt;
- Drahtwiderstand mit einer Leistung von 100 Watt.
Dieses Modell hat eine Betriebsspannung von mehr als tausend Volt und muss daher seinSeien Sie sehr vorsichtig, wenn Sie damit arbeiten und beachten Sie alle notwendigen Sicherheitsregeln.
Sicherheitsregeln für das Experiment
- Der Start wird von einer Person durchgeführt. Andere Personen dürfen einen Meter vom Gerät entfernt stehen.
- Alle Bedienungen und Berührungen des Gerätes von Hand können nur durchgeführt werden, wenn es von der Stromversorgung getrennt ist und danach mindestens eine Minute gewartet wurde. Dann hat der Kondensator Zeit sich zu entladen.
- Das Netzteil muss sich in einem allseitig geschlossenen Metallgehäuse befinden. Während des Betriebs wird es über einen Kupferdraht geerdet, dessen Durchmesser mindestens anderthalb Millimeter betragen muss.
Plasma-Triebwerke für echte Raketen müssen mehrere tausend Mal stärker sein! Vielleicht entdecken diejenigen, die heute mit kleinen Proben experimentieren, morgen neue Möglichkeiten und Eigenschaften von Plasma.
