للعمل طويل المدى في الفضاء ، يجب استخدام محركات صاروخية كهربائية موثوقة ذات سرعة تدفق بلازما تصل إلى مائة وخمسة أمتار في الثانية أو أكثر. بدأ تطوير محركات البلازما بنشاط في منتصف القرن الماضي. واليوم يستمر هذا العمل.
ابدأ البحث
لطالما أراد أسلافنا الطيران إلى الفضاء. لفترة طويلة ، تمت دراسة الغاز بنشاط باستخدام التفريغ الكهربائي. تم وضعه في وعاء زجاجي به أقطاب كهربائية. ثم ، عندما تم تقليل الضغط ، ظهرت أشعة منبثقة من الكاثود ، والتي كانت في الواقع ، كما تم اكتشافها لاحقًا ، عبارة عن تيار من الإلكترونات.
وفي عام 1886 تم اكتشاف أنه أثناء عمل ثقوب في الكاثود ، امتدت أشعة أخرى ، ذرات الغازات المتأينة ، في الاتجاه المعاكس منها. لكن بعد ذلك ، بالطبع ، لم يكن لديهم أي فكرة أنه سيتم استخدامها للحصول على الدفع النفاث.
في أيام الاتحاد السوفيتي ، تم تطوير دافعات الأيونات والبلازما في مختبرات الفيزياء والتكنولوجيا SOAN لتطبيق هذه التقنيات في المركبات للرحلات الفضائية. بدأ العمل في الخمسينيات من القرن الماضيالقرن العشرين. تم فتح نوعين من الأجهزة:
- محرك تآكل (الدافع) ؛
- دافع بلازما ثابت (غير نابض).
يستخدم هذان النوعان حتى يومنا هذا.
تآكل وثابتة
يعمل محرك البلازما المعروف اليوم بسبب القوة التفاعلية لنفث البلازما من الفوهة. تتشكل البلازما نفسها عن طريق تفريغ كهربائي. للحصول على مصدر طاقة محرك أبسط ، يتم تحديد الوضع النبضي (محرك البلازما التآكل). مصدر الطاقة هو مكثف بسعة 0.5 ميكروفاراد وبجهد 10 كيلو فولت. يتم شحنه من المحول بالثنائيات والمقاوم
بمساعدة هذه الأجهزة ، يتم تكوين دفعات دافعة صغيرة ودقيقة ، والتي لا يمكن الحصول عليها من خلال تشغيل أنواع أخرى من محركات الصواريخ. تم اختبار دافعات البلازما النبضية بنجاح في عام 1964 على محطة الفضاء زوند -2.
SPD هو نوع من المسرع في منطقة ممتدة وبانحراف مغلق للإلكترونات. يمكن أن تعمل هذه الأجهزة لفترة طويلة من الزمن. تم إطلاق محركي زينون لأول مرة في عام 1972 على متن النيزك السوفيتي.
مبدأ التشغيل: النموذج الأولي
التثبيت يعمل على النحو التالي. الجهد للمكثف هو الفجوة بين المجمع النافذ للتيار والأقطاب الكهربائية لغرفة التفريغ. عندما يصل الجهد إلى قيمة الانهيار ، يظهر تفريغ كهربائي في حجرة المحرك. يتم تسخين الهواء هناكعشرة آلاف وحدة وتكتسب حالة البلازما. يزداد الضغط بشكل حاد ، ويتدفق تدفق البلازما من الفوهة بسرعة كبيرة.
يتلقى الصاروخ المتصل بالمحرك طاقة نفاثة من الطائرة. لتحقيق دوران ناعم ، يتم توصيل الصاروخ بمحمل كروي ومتوازن بثقل موازن.
أكثر الوحدات الكهربائية تعقيدًا هي المجمّع الذي يمد التيار. يجب ألا تزيد الفجوات بين الأقطاب الكهربائية عن نصف ملليمتر. عندها لن يكون هناك فقدان للطاقة تقريبًا من المكثف ، ولن يحدث احتكاك إضافي عندما يبدأ الصاروخ بالدوران.
يمكن أن يكون للصاروخ نفسه ومحرك صاروخ البلازما بأكمله أحجام مختلفة ، ولكن يجب أن تتطابق قوة المصدر وحجم المكثف. لحساب الوحدات الأساسية وتصميم الصاروخ ، من الملائم استخدام المخطط بعد الحساب بالصيغ الخاصة.
القيم التجريبية في المثال
في المثال بجهد معين مقداره ستة آلاف واط وسعة مكثف تبلغ 0.510 (-6) و نتيجة الحسابات ، الطاقة المنبعثة في حجرة المحرك هي 5.4 ج. إذا كان فرق درجة الحرارة 10000 كلفن فإن حجم الحجرة سيكون نصف سنتيمتر مكعب.
ثم تكون عناصر الدائرة الكهربائية:
- محول 2205000 فولت بقدرة 200 وات
- مقاوم سلكي بقوة 100 واط
يحتوي هذا النموذج على جهد تشغيل يزيد عن ألف فولت ، وبالتالي يجب أن يكون كذلككن حذرًا جدًا عند العمل به واتبع جميع قواعد السلامة اللازمة.
قواعد السلامة للتجربة
- يتم الإطلاق بواسطة شخص واحد. قد يقف آخرون على مسافة متر واحد من الجهاز.
- لا يمكن إجراء جميع العمليات ولمس الوحدة يدويًا إلا في حالة فصلها عن مصدر الطاقة ، بعد الانتظار لمدة دقيقة على الأقل بعد ذلك. عندها سيحصل المكثف على وقت للتفريغ.
- يجب وضع مصدر الطاقة في علبة معدنية ، مغلقة من جميع الجوانب. أثناء التشغيل ، يتم تأريضه بواسطة سلك نحاسي ، يجب أن يكون قطره على الأقل ملليمتر ونصف المليمتر.
يجب أن تكون دافعات البلازما للصواريخ الحقيقية أقوى بعدة آلاف من المرات! ربما أولئك الذين يجرون تجارب مع عينات صغيرة اليوم سيكتشفون إمكانيات وخصائص جديدة للبلازما غدًا.
