Ilgstošam darbam kosmosā jāizmanto uzticami elektriskie raķešu dzinēji ar plazmas plūsmas ātrumu aptuveni simts pieci metri sekundē vai vairāk. Plazmas dzinēji sāka aktīvi attīstīties pagājušā gadsimta vidū. Un šodien šis darbs turpinās.
Sākt izpēti
Mūsu senči jau sen ir vēlējušies lidot kosmosā. Jau ilgu laiku gāze ir aktīvi pētīta, izmantojot elektrisko izlādi. Tas tika ievietots stikla traukā ar elektrodiem. Pēc tam, kad spiediens tika samazināts, parādījās katoda stari, kas patiesībā, kā vēlāk tika noskaidrots, bija elektronu plūsma.
Un 1886. gadā tika atklāts, ka, veidojot caurumus katodā, pretējā virzienā no tiem stiepās citi stari, jonizēti gāzu atomi. Bet tad, protams, viņiem nebija ne jausmas, ka tie tiks izmantoti, lai iegūtu strūklas vilci.
Padomju Savienības laikos SOAN fizikas un tehnoloģiju laboratorijās tika izstrādāti jonu un plazmas dzinēji, lai šīs tehnoloģijas izmantotu kosmosa lidojumu transportlīdzekļos. Darbs sākās pagājušā gadsimta piecdesmitajos gadosdivdesmitais gadsimts. Ir atvērtas divu veidu ierīces:
- erozīvs dzinējs (impulss);
- stacionārs plazmas dzineklis (bez impulsa).
Tieši šie divi veidi tiek izmantoti līdz šai dienai.
Erozīvs un nekustīgs
Mūsdienās pazīstamais plazmas dzinējs darbojas, pateicoties plazmas strūklas reaktīvajam spēkam no sprauslas. Pati plazma veidojas ar elektriskās izlādes palīdzību. Vienkāršākam motora jaudas avotam tiek izvēlēts impulsa režīms (erozīvs plazmas dzinējs). Enerģijas avots ir kondensators ar 0,5 mikrofaradu kapacitāti un 10 kV spriegumu. Tas tiek uzlādēts no transformatora ar diodēm un rezistoru.
Ar šādu ierīču palīdzību veidojas nelieli un precīzi impulsa virzieni, kurus nevar iegūt ar cita veida raķešu dzinēju darbību. Impulsu plazmas dzinēji tika veiksmīgi pārbaudīti 1964. gadā kosmosa stacijā Zond-2.
SPD ir paātrinātāja variants paplašinātā zonā un ar slēgtu elektronu novirzi. Šādas ierīces var darboties ilgu laiku. Divi ksenona dzinēji pirmo reizi tika palaisti 1972. gadā uz padomju meteorīta klāja.
Darbības princips: prototips
Instalēšana darbojas šādi. Kondensatora spriegums ir sprauga starp strāvu vadošo kolektoru un izlādes kameras elektrodiem. Kad spriegums sasniedz sadalījuma vērtību, motora kamerā parādās elektriskā izlāde. Gaiss tur ir uzsildīts līdzdesmit tūkstoši vienību un iegūst plazmas stāvokli. Spiediens strauji palielinās, un plazmas strūkla ar lielu ātrumu izplūst no sprauslas.
Raķete, kas ir savienota ar dzinēju, saņem strūklas jaudu no strūklas. Lai panāktu mīkstu griešanos, raķete ir piestiprināta ar lodīšu gultni un līdzsvarota ar pretsvaru.
Sarežģītākā elektriskā iekārta ir kolektors, kas nodrošina strāvu. Atstarpēm starp elektrodiem jābūt ne vairāk kā pusmilimetra. Tad jauda no kondensatora gandrīz nezaudēs, un, raķetei sāks griezties, neradīsies papildu berze.
Pašai raķetei un visam plazmas raķešu dzinējam var būt dažādi izmēri, taču avota jaudai un kondensatora izmēram ir jābūt saskaņotiem. Lai aprēķinātu pamatvienības un raķešu konstrukciju, ir ērti izmantot shēmu pēc aprēķina pēc īpašām formulām.
Eksperimentālās vērtības piemērā
Piemērā ar doto spriegumu seši tūkstoši vatu un kondensatora kapacitāti 0,510 (-6) f, aprēķinu rezultātā motora kamerā izdalītā enerģija ir 5,4 J. Un ja temperatūras starpība ir 10000K, tad kameras tilpums būs vienāds ar puskubikcentimetru.
Tad elektriskās ķēdes elementi būs:
- transformators 2205000V, ar jaudu 200 vati;
- vadu rezistors ar jaudu 100 vati.
Šim modelim ir darba spriegums, kas pārsniedz tūkstoš voltu, un tāpēc tam ir jābūtesiet ļoti uzmanīgs, strādājot ar to un ievērojiet visus nepieciešamos drošības noteikumus.
Eksperimenta drošības noteikumi
- Palaišanu veic viena persona. Citi var stāvēt viena metra attālumā no ierīces.
- Visas darbības un ierīces pieskaršanos ar roku var veikt tikai tad, ja tā ir atvienota no barošanas avota, pēc tam nogaidot vismaz minūti. Tad kondensatoram būs laiks izlādēties.
- Strāvas padevei jāatrodas metāla korpusā, aizvērtam no visām pusēm. Darbības laikā tas tiek iezemēts ar vara stieples palīdzību, kuras diametram jābūt vismaz pusotram milimetram.
Plazmas dzinējiem īstām raķetēm jābūt vairākus tūkstošus reižu jaudīgākiem! Varbūt tie, kas šodien veic eksperimentus ar maziem paraugiem, rīt atklās jaunas plazmas iespējas un īpašības.
