สำหรับการทำงานระยะยาวในอวกาศ ควรใช้เครื่องยนต์จรวดไฟฟ้าที่เชื่อถือได้ซึ่งมีความเร็วการไหลของพลาสมาที่ลำดับหนึ่งร้อยห้าเมตรต่อวินาทีขึ้นไป เครื่องยนต์พลาสม่าเริ่มมีการพัฒนาอย่างแข็งขันในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา และวันนี้งานก็ดำเนินต่อไป
เริ่มวิจัย
บรรพบุรุษของเราอยากบินไปในอวกาศมานานแล้ว เป็นเวลานาน ก๊าซได้รับการศึกษาอย่างแข็งขันโดยใช้การปล่อยไฟฟ้า มันถูกวางไว้ในภาชนะแก้วที่มีอิเล็กโทรด จากนั้น เมื่อความดันลดลง รังสีที่เล็ดลอดออกมาจากแคโทดก็ปรากฏขึ้น ซึ่งอันที่จริง ตามที่ค้นพบในภายหลังคือกระแสของอิเล็กตรอน
และในปี พ.ศ. 2429 พบว่าในขณะที่ทำรูในแคโทดนั้น รังสีอื่นๆ อะตอมของไอออไนซ์ของแก๊สก็แผ่ออกไปในทิศทางตรงกันข้ามจากพวกมัน แต่แล้ว แน่นอน พวกเขาไม่รู้ว่าจะถูกใช้เพื่อให้ได้แรงขับของไอพ่น
ในสมัยสหภาพโซเวียต แรงขับไอออนและพลาสมาได้รับการพัฒนาในห้องปฏิบัติการของ SOAN ฟิสิกส์และเทคโนโลยีเพื่อใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ในยานพาหนะสำหรับการบินในอวกาศ เริ่มงานในทศวรรษ 1950ศตวรรษที่ยี่สิบ. เปิดอุปกรณ์สองประเภทแล้ว:
- เครื่องยนต์กัดเซาะ (แรงกระตุ้น);
- เครื่องดันพลาสม่าแบบอยู่กับที่ (ไม่มีพัลส์).
สองประเภทนี้ที่ใช้มาจนถึงทุกวันนี้
กัดเซาะและอยู่กับที่
เครื่องพลาสม่าที่เป็นที่รู้จักในปัจจุบันนี้ทำงานเนื่องจากแรงปฏิกิริยาของพลาสม่าเจ็ตจากหัวฉีด พลาสมานั้นเกิดจากการคายประจุไฟฟ้า สำหรับแหล่งพลังงานของมอเตอร์ที่ง่ายกว่า จะเลือกโหมดพัลซิ่ง (เครื่องยนต์พลาสม่าแบบกัดกร่อน) แหล่งพลังงานคือตัวเก็บประจุที่มีความจุ 0.5 microfarads และแรงดันไฟฟ้า 10 kV มันถูกชาร์จจากหม้อแปลงที่มีไดโอดและตัวต้านทาน
ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์ดังกล่าว แรงกระตุ้นขนาดเล็กและแม่นยำจะเกิดขึ้น ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยการทำงานของมอเตอร์จรวดประเภทอื่น พลาสมาแบบพัลซิ่งได้รับการทดสอบสำเร็จในปี 2507 บนสถานีอวกาศ Zond-2
SPD เป็นตัวแปรของตัวเร่งความเร็วในเขตขยายและมีการดริฟท์อิเล็กตรอนแบบปิด อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถทำงานได้เป็นระยะเวลานาน เครื่องยนต์ซีนอนสองเครื่องเปิดตัวครั้งแรกในปี 1972 บนเรืออุกกาบาตโซเวียต
หลักการทำงาน: ต้นแบบ
งานติดตั้งดังนี้. แรงดันไฟฟ้าสำหรับตัวเก็บประจุคือช่องว่างระหว่างตัวสะสมที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้ากับขั้วไฟฟ้าของห้องคายประจุ เมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงค่าการสลาย การคายประจุไฟฟ้าจะปรากฏขึ้นในห้องเครื่องยนต์ อากาศที่นั่นร้อนถึงหมื่นหน่วยและได้รับสถานะพลาสม่า ความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและพลาสม่าเจ็ทไหลออกจากหัวฉีดด้วยความเร็วสูง
จรวดซึ่งเชื่อมต่อกับเครื่องยนต์ได้รับพลังไอพ่นจากเครื่องบินเจ็ต เพื่อให้เกิดการหมุนที่นุ่มนวล จรวดจะถูกยึดด้วยตลับลูกปืนและถ่วงดุลด้วยน้ำหนักถ่วง
หน่วยไฟฟ้าที่ซับซ้อนที่สุดคือตัวสะสมที่จ่ายกระแสไฟ ช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดไม่ควรเกินครึ่งมิลลิเมตร จากนั้นจะแทบไม่สูญเสียพลังงานจากตัวเก็บประจุและจะไม่มีการเสียดสีเพิ่มเติมเมื่อจรวดเริ่มหมุน
ตัวจรวดเองและเครื่องยนต์จรวดพลาสม่าทั้งหมดสามารถมีขนาดต่างกันได้ แต่พลังของแหล่งกำเนิดและขนาดของตัวเก็บประจุจะต้องตรงกัน ในการคำนวณหน่วยพื้นฐานและการออกแบบจรวด สะดวกในการใช้รูปแบบหลังจากคำนวณด้วยสูตรพิเศษ
ค่าทดลองในตัวอย่าง
ในตัวอย่างที่มีแรงดันไฟฟ้าที่กำหนดหกพันวัตต์และความจุตัวเก็บประจุ 0.510 (-6) f จากการคำนวณพลังงานที่ปล่อยออกมาในห้องเครื่องคือ 5.4 J และ ถ้าความแตกต่างของอุณหภูมิเท่ากับ 10000K ปริมาตรของห้องจะเท่ากับครึ่งลูกบาศก์เซนติเมตร
จากนั้นองค์ประกอบของวงจรไฟฟ้าจะเป็น:
- หม้อแปลง 2205000V กำลัง 200 วัตต์
- ตัวต้านทานลวดที่มีกำลัง 100 วัตต์
รุ่นนี้มีแรงดันไฟทำงานเกินพันโวลท์จึงต้องเป็นระวังให้มากเมื่อใช้งานและปฏิบัติตามกฎความปลอดภัยที่จำเป็นทั้งหมด
กฎความปลอดภัยสำหรับการทดลอง
- เปิดตัวโดยคนคนเดียว คนอื่นอาจยืนห่างจากอุปกรณ์หนึ่งเมตร
- การดำเนินการทั้งหมดและการสัมผัสตัวเครื่องด้วยมือสามารถทำได้ก็ต่อเมื่อไม่ได้เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ หลังจากรออย่างน้อยหนึ่งนาทีหลังจากนั้น จากนั้นตัวเก็บประจุจะมีเวลาคายประจุ
- แหล่งจ่ายไฟต้องอยู่ในกล่องโลหะปิดทุกด้าน ระหว่างการใช้งาน จะต่อสายดินด้วยลวดทองแดงซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางอย่างน้อยหนึ่งมิลลิเมตรครึ่ง
เครื่องขับพลาสม่าสำหรับจรวดของจริงต้องทรงพลังกว่าหลายพันเท่า! บางทีผู้ที่ทำการทดลองกับตัวอย่างขนาดเล็กในวันนี้อาจค้นพบความเป็นไปได้และคุณสมบัติของพลาสมาใหม่ในวันพรุ่งนี้
