Pikaajaliseks kosmoses töötamiseks tuleks kasutada töökindlaid elektrilisi rakettmootoreid, mille plasma voolukiirus on suurusjärgus sada viis meetrit sekundis või rohkem. Plasmamootoreid hakati aktiivselt arendama eelmise sajandi keskel. Ja täna see töö jätkub.
Alustage uurimistööd
Meie esivanemad on juba ammu tahtnud kosmosesse lennata. Pikka aega on gaasi elektrilahenduse abil aktiivselt uuritud. See pandi elektroodidega klaasnõusse. Seejärel, kui rõhku alandati, ilmusid katoodist väljuvad kiired, mis, nagu hiljem selgus, oli elektronide voog.
Ja aastal 1886 avastati, et katoodile auke tehes venisid teised kiired, ioniseeritud gaasiaatomid, neist vastupidises suunas. Kuid siis polnud neil muidugi aimugi, et neid kasutatakse reaktiivtõukejõu saamiseks.
Nõukogude Liidu päevil töötati SOANi füüsika ja tehnoloogia laborites välja ioon- ja plasmatõukurid, et rakendada neid tehnoloogiaid kosmoselendude sõidukites. Töö algas 1950. aastatelkahekümnendal sajandil. Avatud on kahte tüüpi seadmeid:
- erosioonmootor (impulss);
- statsionaarne plasmatõukur (mitteimpulss).
Just neid kahte tüüpi kasutatakse tänaseni.
Eroosiv ja statsionaarne
Tänapäeval tuntud plasmamootor töötab düüsist lähtuva plasmajoa reaktiivjõu tõttu. Plasma ise moodustub elektrilahenduse abil. Lihtsama mootori jõuallika jaoks valitakse impulssrežiim (erosioonne plasmamootor). Energiaallikaks on kondensaator, mille mahtuvus on 0,5 mikrofaradi ja pinge 10 kV. Seda laaditakse trafost dioodide ja takistiga.
Selliste seadmete abil tekivad väikesed ja täpsed impulsstõukejõud, mida teist tüüpi rakettmootorite tööga ei saa. Impulssplasma tõukejõude katsetati eduk alt 1964. aastal kosmosejaamas Zond-2.
SPD on laiendatud tsoonis ja suletud elektronide triiviga kiirendi variant. Sellised seadmed võivad töötada pikka aega. Kaks ksenoonmootorit lasti esmakordselt välja 1972. aastal Nõukogude Meteori pardal.
Tööpõhimõte: prototüüp
Paigaldamine toimib järgmiselt. Kondensaatori pinge on vahe voolu juhtiva kollektori ja tühjenduskambri elektroodide vahel. Kui pinge jõuab läbilöögiväärtuseni, ilmub mootorikambrisse elektrilahendus. Õhk seal soojendataksekümme tuhat ühikut ja omandab plasma oleku. Rõhk suureneb järsult ja plasmajuga voolab düüsist suure kiirusega välja.
Rakett, mis on ühendatud mootoriga, saab reaktiivjõu reaktiivlennult. Pehme pöörlemise saavutamiseks kinnitatakse rakett kuullaagriga ja tasakaalustatakse vastukaaluga.
Kõige keerulisem elektriseade on voolu toidav kollektor. Elektroodide vahelised vahed ei tohiks olla suuremad kui pool millimeetrit. Siis ei kao kondensaatorist peaaegu mingit võimsuskadu ja raketi pöörlema hakkamisel ei teki täiendavat hõõrdumist.
Rakett ise ja kogu plasma rakettmootor võivad olla erineva suurusega, kuid allika võimsus ja kondensaatori suurus peavad olema vastavuses. Põhiühikute ja raketi konstruktsiooni arvutamiseks on mugav kasutada skeemi pärast arvutamist spetsiaalsete valemitega.
Eksperimentaalsed väärtused näites
Näites, mille pinge on kuus tuhat vatti ja kondensaatori mahtuvus 0,510 (-6) f, on arvutuste tulemusena mootorikambris vabanev energia 5,4 J. kui temperatuuride erinevus on 10000K, siis on kambri maht võrdne poole kuupsentimeetriga.
Siis on elektriahela elemendid:
- trafo 2205000V, võimsusega 200 vatti;
- traattakisti võimsusega 100 vatti.
Selle mudeli tööpinge on üle tuhande volti ja seepärast peab nii olemaolge sellega töötades väga ettevaatlik ja järgige kõiki vajalikke ohutuseeskirju.
Katse ohutusreeglid
- Käivitamise viib läbi üks inimene. Teised võivad seista seadmest ühe meetri kaugusel.
- Kõiki toiminguid ja seadme käega puudutamist saab teha ainult siis, kui see on vooluvõrgust lahti ühendatud ja pärast seda on oodanud vähem alt minut. Siis on kondensaatoril aega tühjeneda.
- Toiteplokk peab asuma metallkorpuses, igast küljest suletud. Töö ajal on see maandatud vasktraadiga, mille läbimõõt peab olema vähem alt poolteist millimeetrit.
Tõeliste rakettide plasmatõukurid peavad olema mitu tuhat korda võimsamad! Võib-olla avastavad need, kes täna väikeste proovidega katseid teevad, homme plasma uusi võimalusi ja omadusi.
