Untuk pekerjaan jangka panjang di luar angkasa, mesin roket listrik yang andal dengan kecepatan aliran plasma di urutan seratus lima meter per detik atau lebih harus digunakan. Mesin plasma mulai aktif dikembangkan pada pertengahan abad terakhir. Dan hari ini pekerjaan ini berlanjut.
Mulai riset
Nenek moyang kita sudah lama ingin terbang ke luar angkasa. Untuk waktu yang lama, gas telah dipelajari secara aktif menggunakan pelepasan listrik. Itu ditempatkan dalam wadah kaca dengan elektroda. Kemudian, ketika tekanan dikurangi, sinar yang memancar dari katoda muncul, yang ternyata, seperti yang diketahui kemudian, adalah aliran elektron.
Dan pada tahun 1886 ditemukan bahwa, ketika membuat lubang di katoda, sinar-sinar lain, atom-atom gas yang terionisasi, membentang ke arah yang berlawanan darinya. Tapi kemudian, tentu saja, mereka tidak tahu bahwa mereka akan digunakan untuk mendapatkan dorongan jet.
Pada masa Uni Soviet, pendorong ion dan plasma dikembangkan di laboratorium Fisika dan Teknologi SOAN untuk menerapkan teknologi ini pada kendaraan untuk penerbangan luar angkasa. Pekerjaan dimulai pada 1950-anAbad ke dua puluh. Dua jenis perangkat telah dibuka:
- mesin erosif (impuls);
- pendorong plasma stasioner (tidak berdenyut).
Dua jenis inilah yang digunakan hingga hari ini.
Erosif dan stasioner
Mesin plasma yang dikenal saat ini beroperasi karena gaya reaktif pancaran plasma dari nosel. Plasma itu sendiri dibentuk melalui pelepasan listrik. Untuk sumber daya motor yang lebih sederhana, mode berdenyut (mesin plasma erosif) dipilih. Sumber energinya adalah kapasitor dengan kapasitansi 0,5 mikrofarad dan tegangan 10 kV. Itu diisi dari transformator dengan dioda dan resistor.
Dengan bantuan perangkat semacam itu, dorongan impuls kecil dan presisi terbentuk, yang tidak dapat diperoleh dengan pengoperasian motor roket jenis lain. Pendorong plasma berdenyut berhasil diuji pada tahun 1964 di stasiun luar angkasa Zond-2.
SPD adalah varian dari akselerator di zona diperpanjang dan dengan penyimpangan elektron tertutup. Perangkat semacam itu dapat bekerja untuk jangka waktu yang lama. Dua mesin xenon pertama kali diluncurkan pada tahun 1972 di atas Meteor Soviet.
Prinsip operasi: prototipe
Instalasi berfungsi sebagai berikut. Tegangan untuk kapasitor adalah celah antara kolektor penghantar arus dan elektroda ruang pelepasan. Ketika tegangan mencapai nilai breakdown, pelepasan listrik muncul di ruang mesin. Udara di sana dipanaskan sampaisepuluh ribu unit dan memperoleh keadaan plasma. Tekanan meningkat tajam, dan pancaran plasma mengalir keluar dari nosel dengan kecepatan tinggi.
Roket, yang terhubung ke mesin, menerima tenaga jet dari jet. Untuk mencapai putaran yang lembut, roket dipasang dengan bantalan bola dan diseimbangkan dengan penyeimbang.
Unit listrik yang paling kompleks adalah kolektor yang memasok arus. Kesenjangan antara elektroda tidak boleh lebih dari setengah milimeter. Maka hampir tidak ada kehilangan daya dari kapasitor, dan tidak ada gesekan tambahan yang akan dihasilkan ketika roket mulai berputar.
Roket itu sendiri dan seluruh mesin roket plasma dapat memiliki ukuran yang berbeda, tetapi kekuatan sumber dan ukuran kapasitor harus sesuai. Untuk menghitung unit dasar dan desain roket, akan lebih mudah untuk menggunakan skema setelah perhitungan dengan formula khusus.
Nilai eksperimental pada contoh
Pada contoh dengan tegangan yang diberikan enam ribu watt dan kapasitansi kapasitor 0,510 (-6) f, sebagai hasil perhitungan, energi yang dilepaskan di ruang mesin adalah 5,4 J. Dan jika perbedaan suhu 10000K, maka volume ruang akan sama dengan setengah sentimeter kubik.
Maka elemen rangkaian listriknya adalah:
- transformator 2205000V, berdaya 200 watt;
- resistor kawat dengan daya 100 watt.
Model ini memiliki tegangan operasi lebih dari seribu volt, dan oleh karena itu harusberhati-hatilah saat bekerja dengannya dan patuhi semua aturan keselamatan yang diperlukan.
Aturan keamanan percobaan
- Peluncuran dilakukan oleh satu orang. Orang lain mungkin berdiri pada jarak satu meter dari perangkat.
- Semua pengoperasian dan sentuhan unit dengan tangan hanya dapat dilakukan jika terputus dari catu daya, setelah menunggu setidaknya satu menit setelah itu. Maka kapasitor akan memiliki waktu untuk mengosongkan.
- Suplai daya harus ditempatkan dalam wadah logam, tertutup di semua sisi. Selama operasi, itu dibumikan melalui kawat tembaga, yang diameternya harus setidaknya satu setengah milimeter.
Pendorong plasma untuk roket sungguhan harus beberapa ribu kali lebih kuat! Mungkin mereka yang melakukan eksperimen dengan sampel kecil hari ini akan menemukan kemungkinan dan sifat baru plasma besok.
