Voor langdurig werk in de ruimte moeten betrouwbare elektrische raketmotoren met een plasmastroomsnelheid in de orde van grootte van honderdvijf meter per seconde of meer worden gebruikt. Plasmamotoren begonnen actief te worden ontwikkeld in het midden van de vorige eeuw. En vandaag gaat dit werk door.
Start onderzoek
Onze voorouders wilden al lang de ruimte in. Lange tijd is gas actief bestudeerd met behulp van een elektrische ontlading. Het werd in een glazen container met elektroden geplaatst. Toen de druk werd verlaagd, verschenen er stralen van de kathode, die in feite, zoals later werd ontdekt, een stroom elektronen was.
En in 1886 werd ontdekt dat, terwijl ze gaten in de kathode maakten, andere stralen, geïoniseerde atomen van gassen, zich in de tegenovergestelde richting van hen uitstrekten. Maar toen hadden ze natuurlijk geen idee dat ze zouden worden gebruikt om jetstuwkracht te verkrijgen.
In de dagen van de Sovjet-Unie werden ionen- en plasma-stuwraketten ontwikkeld in de laboratoria van de Physics and Technology SOAN om deze technologieën toe te passen in voertuigen voor ruimtevluchten. Het werk begon in de jaren 1950twintigste eeuw. Er zijn twee soorten apparaten geopend:
- erosieve motor (impuls);
- stationaire plasma boegschroef (niet-gepulseerd).
Het zijn deze twee soorten die tot op de dag van vandaag worden gebruikt.
Erosief en stationair
De plasmamotor die we tegenwoordig kennen, werkt dankzij de reactieve kracht van de plasmastraal uit het mondstuk. Het plasma zelf wordt gevormd door middel van een elektrische ontlading. Voor een eenvoudigere motorstroombron wordt een gepulseerde modus (erosieve plasmamotor) geselecteerd. De energiebron is een condensator met een capaciteit van 0,5 microfarad en een spanning van 10 kV. Het wordt geladen vanuit de transformator met diodes en een weerstand.
Met behulp van dergelijke apparaten worden kleine en nauwkeurige impulsstoten gevormd, die niet kunnen worden verkregen met de werking van andere soorten raketmotoren. Gepulseerde plasma-stuwraketten werden in 1964 met succes getest op het Zond-2 ruimtestation.
SPD is een variant van een versneller in een uitgebreide zone en met een gesloten elektronendrift. Dergelijke apparaten kunnen voor een lange tijd werken. Twee xenonmotoren werden voor het eerst gelanceerd in 1972 aan boord van de Sovjet Meteor.
Werkingsprincipe: prototype
De installatie werkt als volgt. De spanning voor de condensator is de opening tussen de stroomgeleidende collector en de elektroden van de ontladingskamer. Wanneer de spanning de doorslagwaarde bereikt, ontstaat er een elektrische ontlading in de motorkamer. De lucht daar wordt verwarmd tottienduizend eenheden en verwerft een plasmatoestand. De druk neemt sterk toe en de plasmastraal stroomt met grote snelheid uit het mondstuk.
De raket, die is aangesloten op de motor, ontvangt straalkracht van de straaljager. Om een zachte rotatie te bereiken, is de raket bevestigd met een kogellager en in evenwicht gehouden door een contragewicht.
De meest complexe elektrische eenheid is een collector die stroom levert. De openingen tussen de elektroden mogen niet meer dan een halve millimeter zijn. Dan is er bijna geen vermogensverlies van de condensator en wordt er geen extra wrijving gegenereerd wanneer de raket begint te draaien.
De raket zelf en de hele plasmaraketmotor kunnen verschillende afmetingen hebben, maar het vermogen van de bron en de grootte van de condensator moeten overeenkomen. Om de basiseenheden en het raketontwerp te berekenen, is het handig om het schema te gebruiken na berekening met speciale formules.
Experimentele waarden op het voorbeeld
In het voorbeeld met een gegeven spanning van zesduizend watt en een condensatorcapaciteit van 0,510 (-6) f, is als resultaat van berekeningen de energie die vrijkomt in de motorkamer 5,4 J. En als het temperatuurverschil 10000K is, dan is het volume van de kamer gelijk aan een halve kubieke centimeter.
Dan zijn de elementen van het elektrische circuit:
- transformator 2205000V, met een vermogen van 200 watt;
- draadweerstand met een vermogen van 100 watt.
Dit model heeft een bedrijfsspanning van meer dan duizend volt en moet daarom wordenwees heel voorzichtig wanneer u ermee werkt en neem alle noodzakelijke veiligheidsregels in acht.
Veiligheidsregels voor het experiment
- De lancering wordt uitgevoerd door één persoon. Anderen kunnen op een afstand van één meter van het apparaat staan.
- Alle handelingen en het met de hand aanraken van het apparaat kunnen alleen worden gedaan als het is losgekoppeld van de stroomvoorziening, na minimaal een minuut te hebben gewacht. Dan heeft de condensator tijd om te ontladen.
- De voeding moet zich in een metalen behuizing bevinden, aan alle kanten gesloten. Tijdens bedrijf is hij geaard door middel van een koperdraad, waarvan de diameter minimaal anderhalve millimeter moet zijn.
Plasma-stuwraketten voor echte raketten moeten duizenden keren krachtiger zijn! Misschien zullen degenen die vandaag met kleine monsters experimenteren, morgen nieuwe mogelijkheden en eigenschappen van plasma ontdekken.
