Per il lavoro a lungo termine nello spazio, dovrebbero essere utilizzati motori a razzo elettrici affidabili con una velocità del flusso di plasma dell'ordine di centocinque metri al secondo o più. I motori al plasma iniziarono a essere attivamente sviluppati a metà del secolo scorso. E oggi questo lavoro continua.
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I nostri antenati desideravano da tempo volare nello spazio. Per molto tempo, il gas è stato attivamente studiato utilizzando una scarica elettrica. È stato posto in un contenitore di vetro con elettrodi. Poi, quando la pressione si ridusse, apparvero i raggi emanati dal catodo, che in effetti, come si scoprì in seguito, era un flusso di elettroni.
E nel 1886 si scoprì che, mentre praticavano dei buchi nel catodo, altri raggi, atomi di gas ionizzati, si allungavano in direzione opposta ad essi. Ma poi, ovviamente, non avevano idea che sarebbero stati usati per ottenere la spinta del jet.
Ai tempi dell'Unione Sovietica, nei laboratori della Physics and Technology SOAN furono sviluppati propulsori ionici e plasma per applicare queste tecnologie nei veicoli per il volo spaziale. I lavori iniziarono negli anni '50XX secolo. Sono stati aperti due tipi di dispositivi:
- motore erosivo (a impulsi);
- propulsore plasma stazionario (non pulsato).
Sono questi due tipi che vengono usati ancora oggi.
Erosiva e stazionaria
Il motore al plasma conosciuto oggi funziona grazie alla forza reattiva del getto di plasma proveniente dall'ugello. Il plasma stesso si forma per mezzo di una scarica elettrica. Per una fonte di alimentazione del motore più semplice, viene selezionata una modalità pulsata (motore plasma erosivo). La fonte di energia è un condensatore con una capacità di 0,5 microfarad e una tensione di 10 kV. Viene caricato dal trasformatore con diodi e un resistore.
Con l'aiuto di tali dispositivi si formano piccole e precise spinte impulsive, che non possono essere ottenute con il funzionamento di altri tipi di motori a razzo. I propulsori al plasma pulsato furono testati con successo nel 1964 sulla stazione spaziale Zond-2.
SPD è una variante di un acceleratore in una zona estesa e con una deriva chiusa di elettroni. Tali dispositivi possono funzionare per un lungo periodo di tempo. Due motori allo xeno furono lanciati per la prima volta nel 1972 a bordo del Soviet Meteor.
Principio di funzionamento: prototipo
L'installazione funziona come segue. La tensione per il condensatore è lo spazio tra il collettore conduttore di corrente e gli elettrodi della camera di scarica. Quando la tensione raggiunge il valore di rottura, nella camera del motore compare una scarica elettrica. L'aria è riscaldatadiecimila unità e acquisisce uno stato plasma. La pressione aumenta bruscamente e il getto di plasma fuoriesce dall'ugello a grande velocità.
Il razzo, che è collegato al motore, riceve la potenza del jet dal jet. Per ottenere una rotazione morbida, il razzo è fissato con un cuscinetto a sfere e bilanciato da un contrappeso.
L'unità elettrica più complessa è un collettore che fornisce corrente. Gli spazi tra gli elettrodi non devono essere superiori a mezzo millimetro. Quindi non ci sarà quasi nessuna perdita di potenza dal condensatore e non verrà generato ulteriore attrito quando il razzo inizia a girare.
Il razzo stesso e l'intero motore del razzo al plasma possono avere dimensioni diverse, ma la potenza della sorgente e la dimensione del condensatore devono corrispondere. Per calcolare le unità di base e il design del razzo, è conveniente utilizzare lo schema dopo il calcolo mediante formule speciali.
Valori sperimentali nell'esempio
Nell'esempio con una determinata tensione di seimila watt e una capacità del condensatore di 0,510 (-6) f, come risultato dei calcoli, l'energia rilasciata nella camera del motore è 5,4 J. E se la differenza di temperatura è 10000K, il volume della camera sarà pari a mezzo centimetro cubo.
Allora gli elementi del circuito elettrico saranno:
- trasformatore 2205000V, con una potenza di 200 watt;
- resistenza a filo con una potenza di 100 watt.
Questo modello ha una tensione di esercizio superiore ai mille volt, e quindi deve esserlofai molta attenzione quando lavori con esso e osserva tutte le regole di sicurezza necessarie.
Regole di sicurezza per l'esperimento
- Il lancio viene effettuato da una sola persona. Altri potrebbero trovarsi a una distanza di un metro dal dispositivo.
- Tutte le operazioni e il tocco manuale dell'unità possono essere eseguiti solo se questa è scollegata dall'alimentazione, dopo aver atteso almeno un minuto dopo. Quindi il condensatore avrà il tempo di scaricarsi.
- L'alimentatore deve essere collocato in una custodia di metallo, chiusa su tutti i lati. Durante il funzionamento viene collegata a terra mediante un filo di rame, il cui diametro deve essere di almeno un millimetro e mezzo.
I propulsori al plasma per veri razzi devono essere migliaia di volte più potenti! Forse coloro che oggi conducono esperimenti con piccoli campioni scopriranno nuove possibilità e proprietà del plasma domani.
