Plazmové jet motorů. Plazmové motory: mýty a realita

Doposud byla téměř všechna kosmická loď vybavena motorovými motory na chemickém palivu. Vší pravděpodobnosti, pro první lety do Marsu budou používat rakety stejného typu. Ale možnosti motorů na chemické věci jsou výrazně omezeny na energii redoxních reakcí. Všechny moderní rakety v přepočtu na jednotku hořlavého paliva vytvářejí příliš mnoho chutí. Proto ve vzdáleném letu, například na vnější planety solárního systému, můžete odeslat pouze relativně lehký stroj. Kromě toho je trajektorie takové lodi dlažba tak, že na cestě k cíli urychluje v gravitačních oblastech planet nebo jejich satelitů. To je důvod, proč pro vzdálené lety tak úzké spuštění "Windows", časové intervaly s příznivou polohou planet - ne v astrologickém smyslu, ale v souladu s požadavky nebeské mechaniky.
Tak, že loď může překonat pozemskou přitažlivost a jít na cestování do jiných světů, jeho rychlost by měla překročit druhou kosmickou, 11.2 km / s. V praxi, kosmická loď nejprve odstranit do dráze blízké země, a pak je již odeslána do otevřeného prostoru. Motor vodíku-kyslíku je schopen zvýšit otáčku orbitálního vozidla ne více než deset kilometrů za sekundu, motor na jiném chemickém palivu je ještě méně. Takové rychlosti jsou dostatečné i pro letu na hranice sluneční soustavy, i když na velmi prodlouženou trajektorii (a s povinným používáním planetárního gravitačního zrychlení). A i když loď s tradičním motorem bude schopna dosáhnout nejvíce vzdálené planety, pro to bude potřeba mnoho let.

Kosmická loď je již dlouho vybavena plazmovými motory. Tento typ elektrického motoru nespotřebovává chemické palivo vůbec, protože je vybaven energií z baterií, radioizotopových generátorů nebo solárních panelů. Hlavní výhodou plazmového motoru je dlouhodobý provoz s relativně malým průtokem pracovní tekutiny. V současné podobě však tyto motory rozvíjejí velmi slabou trakci, jen několik gramů. Proto se používají k nastavení satelitních orbitů nebo pro pomalé dlouhodobé zrychlení malých zařízení přímo ve vesmíru.
Je to takový motor (design, který byl vyvinut v Kaliningrad OKB "pochodeň"), postavený francouzskou firmou Snecma Moteurs, na podzim roku 2003 přinesl evropskou sondou Smart-1 z dráze blízké země, která Únor 2005 se obrátil na umělý satelit Měsíce. Jako pracovní tekutina byla v tomto motoru použita xenonová plazma. Xenon ionty přetaktované v elektrických a magnetických polích byly hozeny do vesmíru a vytvořily reaktivní trakci. Motor PPS-1350 pracoval v prostoru přibližně 5000 hodin, když trakce v 7 g, Istiving 80 kg Xenon během této doby. V budoucnu ESA předpokládá, že ESA vybaví motory tohoto typu automatické stanice BEPICOLOMBO, určené k letu do rtuti, solárního solárního orbiteru a detektoru prostoru Lisa (laserový inter-ferometr prostoru antény).
Ve srovnání s chemickými konkurenty vypadá specifický impuls plazmových motorů jednoduše luxusní. V PPS-1350 je tento ukazatel 1640 ° C, English UK-10 motor, nápravná dráha družicových satelitů geostacionární komunikace, je téměř dvakrát tolik - asi 3100 p. Průtok tělesa plazmového motoru je velmi malá, vytvořená zrychlení je malá, a proto se rychlost otáček dochází pomalu. Nicméně i s takovými skromnými možnostmi, plazmový motor je schopen vést loď s drahou dráze blízko-Země a málo pro Grane, aby mu poskytl rychlostí zisku mnohem větší než 10 km / s, ale tentokrát je potřeba jednoduše a bzučet. Smart-1 na jeho xenonový motor cestoval ze země na Měsíc téměř rok a půl, protože to nebylo "přímé", ale na spirále spirály.
Nicméně, to není zcela beznadějné. Pokud bylo použito, bylo možné vybudovat motor se stejnou spotřebou těla, stejně jako v chemických raketách, ale přinejmenším s dvojnásobkem jako velkým impulsem by se situace výrazně zlepšila. Takový motor by zvýšil orbitální rychlost kosmické lodi ne 10 km / s a \u200b\u200b20 km / s a \u200b\u200bještě více. Loď s podobnými motory by překonala vzdálenost od země, aby Saturn ne za sedm let, jako sonda Cassini a za pouhé tři roky. Naštěstí se tento úkol stává řešitelným, pokud namísto chemických nebo elektrických "akcelerátorů" používají jaderné raketové motory (yard). Jsou schopni poskytnout poměrně přijatelné trakční parametry a poměrně vysoký specifický impuls vzhledem k obrovské rychlosti vypršení platnosti pracovní kapaliny. Je velmi důležité, aby futuristická technická řešení nebyla nutná k vytvoření dvoře, může to stačit pro stávající technologie.
Myšlenka na dvoře je jednoduchá pro hloupost, protože Garinovo inženýr řekl o jeho hyperboloidu. Zdrojem energie je jaderná zařízení, ve které jde reakce rozdělení, syntézy nebo dokonce zničení hmoty a antihmoty. Energie uvolňovaná reaktorem je přímo nebo prostřednictvím mezilehlých stupňů se přenáší do pracovní tekutiny, která je vysokou rychlostí vysunuta z raketových trysek. Samozřejmě to je pouze schematický diagram. Všechna ostatní specifická technická řešení.

Pokud opustíte zničení a další polo-infantastické myšlenky za scénou, tedy dnes existují dvě skutečné možnosti exekučního dvora. Jedním z nich je chlazení reaktoru s těkavou látkou, což je nejlepší ze všech s kapalným vodíkem, který po odpaření projde tryskami a vytvoří reaktivní trakci. Tento design se nazývá termální jaderná raketa, TNR (tepelná jaderná raketa). Při použití reaktoru v uranu nebo plutoniu by měl být specifický puls TNR od 800 do 1100 sekund. Další možností je zařízení lodi s malou jadernou elektrárnou (YAU - jaderná elektrárna), která produkuje proud pro napájení elektrického motoru. Specifický impuls tohoto systému může být zvýšen na 5000 s. Jako elektrárna můžete použít kompaktní termonukleární reaktor, ale za nejlepší možný bude vytvořen za 50 let.
Sci-fi spisovatelé a popularizátory mluvili o atomových raketách ve 30. letech dvacátého století. Jako prakticky dosažitelný cíl byl Yard první, kdo napomáhal Stanislav Ulam. Američan polského původu, absolvent Lvově polytechnického institutu, Ulam byl mimořádně silný matematik (přišel s metodou Monte Carlo) a kalkulaci lékařů (spolu s Edward Teller vyvinul teoretické základy designu vodíkové bomby). V roce 1944, Ulam a jeho Los Alamos kolega Frederic de Hoffman nejprve vypočítali možnosti použití dvora pro kosmické lety. Po 11 letech, Ulam a Cornelius Everett v tajné zprávě byly navrženy urychlit kosmické lodě s nízkou výkonnou jadernou výbuchu. Energie výbuchu byla vynaložena na odpařování disku z pevné látky umístěné mezi krmivem lodi a jaderným nábojem. Vznikající tok plazmy by měl být odrážel od krmítka a zatlačte loď dopředu.
Myšlenka Ulama a Everett šel na základě Project Orionu, který v roce 1958 zahájila společnost California Corporation General Atomics pracovat, dříve než to udělal pouze komerční jaderné reaktory. Podle tohoto úkolu přidělili peníze (nicméně, ne příliš velké) a pentagon. Případ nepřišel k atomovým výbuchům, byly testovány pouze různé modely disků a obrazovek. Zpočátku se účastníci projektu provedli takovým optimismem, který vážně doufal, že spustí atomovou loď Saturn nejpozději do roku 1970. Je zvědavá, že mezi nimi byl jeden ze tvůrců kvantové elektrodynamiky, slavný fyzikátor teoretik Freimen Dyson. Ale na počátku šedesátých lét, ministr obrany Robert McNamara dospěl k závěru, že tato myšlenka je nepředvídatelná ve vojenském plánu. A v roce 1963 SSSR, USA a Spojené království dohodly, že zakazují všechny jaderné výbuchy, s výjimkou podzemí. V důsledku toho, projekt Orion vstoupil do rozporu s mezinárodním právem a rok později zemřel tiše. To stálo ho obecně není tak drahé - pouze 11 milionů dolarů.
Pokud jde o Orion, je možné zvážit pulzující TNRS, vyrobené za kosmickou loď. V dalším zvědavém projektu - Helios - to mělo rozbalit atomové náboje, a uvnitř lodi, ve vodě naplněné kulovou komoru od tepelně odolného materiálu. Páry tvořené během výbuchu by měly být vysílány přes trysky a přetaktovat raketu. Ale pak ve Spojených státech, projekt nerva spuštěn v roce 1956, projektu nerva (Nurva je jaderný motor pro aplikaci raketového vozidla), jejichž cíle se mnohokrát změnily. Nakonec bylo rozhodnuto vybudovat dvě lodě s loděnicemi, které na počátku osmdesátých let přinese 12 amerických astronautů na Marsu a vrátil je zpět na Zemi. Během provádění tohoto projektu byly modely experimentálních jaderných reaktorů KIVI, PHOEBUS, PEWEE a NF-1 testovány s různým stupněm úspěchu. V roce 1968 se konal lavičkový test prototypu budoucího raketového motoru XE Prime s kapacitou 1 100 MW, a to již provede vzorek pro letové testy. V roce 1972 však byl program uzavřen, s ohledem na to příliš drahý a prakticky zbytečný ve vědeckém nebo politickém plánu.
V posledním čtvrtletí 20. století se NASA nevyvíjí yard. Americký ministerstvo obrany zachovalo nějaký časový jaderný termální pohon v roce 1992, ale v roce 1992 bylo zcela financování. Asi před deseti lety, malá firma Plus Ultra Technologies oznámila projekt Mitee Compact Yard, který byl přímým dědicem do programu Snap. Navrhla zahájit válcové matrice s vysoce účinnými štípacími materiály, uranem-233 a Americiem-242 a čerpá těmito trubkami kapalným vodíkem. Výpočty ukázaly, že odpařovací plyn zahřátý na 3000-35000s bude létat z trysek na obrovské rychlosti. Předpokládalo se, že Delta nebo Atlas raketa by stáhla kosmickou loď na orbitu 800 km, po kterém bude možné zahájit dvůr a letět na cíli - například na Pluto. Návrháři tvrdili, že takový dvůr může být postaven na 6-7 let za pouhých 1 miliard dolarů a že specifický impuls nejmodernější varianty motoru bude 1600 sekund. Ale protože NASA neprokázala dostatečný zájem, tento projekt existuje pouze na papíře.

NASA se vrátil do myšlenky na dvoře v roce 2003. Nový projekt se nazývá Prometheus. V první fázi jeho implementace by měla být získána odborná hodnocení vytvořením kompaktního reaktoru pro sílu nové generace elektrických planetových motorů. V páru musí vyvinout herakles železného motoru se zátěží 60 g se specifickým impulsem 7000 s, s prostředkem ne méně než 7-10 let. Banda těchto motorů může urychlit výzkumné sondy o hmotnosti několika tun na 80-90 km / s.
Není to tak dávno, zaměstnanci laboratoře základních částic Pennsylvania univerzity navrhli používat termonukleární reaktor pro dvůr, ve kterém je spuštěna syntéza helia pomocí antimaze! Palivo je plazma sestávající z deuterium jádra a helium-3 - lehké radioaktivní izotop helium. Při sloučení takových jader, protony a alfa částice se narodí, které mají poměrně pevnou celkovou kinetickou energii rovnou 18,3 meV. Pro spuštění syntézy termalidů musí být plazma stlačena a zahřívána k provedení tzv. Louusonu. V ITER reaktoru je tento úkol vyřešen pomocí těžkých magnetických polí, vytvářet objemné vybavení a obrovské množství energie. Reakce však může být osvětlena v malé komoře, nasycení plazmy deuterium-helium s antiprotony. Na jejich zničení by se měly narodit šokové vlny, které budou čekat na plazmu k kritériu Louusonu. Antiprotony mají být skladovány v elektromagnetické pasti a nalijte do reaktoru podle potřeby. Konstrukční charakteristiky motoru jsou následující: zdroj - 22 let, specifický impuls - 61 000 sekund, konečná míra zrychlení kosmické sondy je asi 1000 km / s, rozsah letu je více než 1500 astronomických jednotek! Zbývá dodat k těmto fantastickým číslům, možná pouze jeden: přiměřený čas pro převod této myšlenky na kov - ne dříve než 2050.

Plazmové motory pro Rusko

Meteor-10, vypuštěn 29. prosince 1971 na synchronní oběžné dráze (což umožnilo projít stejnými body povrchu země v určitých časových intervalech) byla nejobvyklejší meteorologii. Ale pouze na první pohled: na palubě, kromě obvyklého orientačního systému, dva experimentální motory stáli. Jeden z nich, jméno řeckého boha západního větru - "marshmallow", pracoval asi hodinu a nedostal další rozvoj. Ale druhý, pojmenovaný po Pánu větru, "EAE-1", vyvinutý Skupinou zaměstnanců EHP (Atomic Energy Institute) pod vedením Alexei Ivanoviča Morozova a Torch Kaliningrad OKB, položil začátek celého prostoru Směr - plazmové motory.
Historie plazmových motorů začala v roce 1950, kdy absolvent Fizfak MSU Alexei Morozova Patkom distribuoval učit mechanici a elektrotechniku \u200b\u200bv technické škole tovární obce Lyudinovo na jihovýchodě regionu Kaluga. Důvodem je jednoduchý: Morozovův otec byl potlačen a nikdo zohlednil jeho specializaci (kvantové pole teorie), ani opakované žádosti svého vědeckého vůdce - děkan lékaře Arseny Aleksandrovič Sokolov - nechat ho na oddělení. Učitelé fyziky v těchto letech docela často požádali, aby vykonali přednášky o atomovou energii a mrazy ne výjimkou. V jednom z dnů 1953 se vrátil do Lyudinovo s podobnou přednáškou v obci černého proudu. "Krátce před tím, než jsem četl knihu Gudman o základech jaderné energie. Tam byl schéma jaderné rakety - plyn prošel aktivní zónou a zahřátí. Byl jsem zasažen tím, jak neefektivní tento design - na jedné straně, atomovou energii, a na druhé straně, je to jen tepelné auto! - Pamatujte si Alexey Ivanovich. - A když jsem šel 12 km podél pražců Lyudinovo, vzpomněl jsem si na experimenty s pevností ampér a Thomsonovy cívky, které jsem ukázal studenty ve škole, a měl jsem nápad v mé hlavě - proč ne přetaktovat pracovní tělo magnetické pole? " Teoretické výpočty ukázaly, že je to docela možné, a Morozov se rozhodl provádět experiment. Po provedení "cihel" asbacker, vyvrtal v něm křížový otvor. V jednom, vložil dvě uhelné tyče z baterií z různých stran a přední a dolní část tyče umístily dva póly silného elektromagnetu. V normálním stavu plazmy, který je tvořen v procesu spalování oblouku, s mírným nasáknutím na obou stranách druhého otvoru, ale stálo za to, aby se otočil elektromagnetu - a tok začal porazit jedním způsobem hrozný řev.

V roce 1955, Morozov napsal článek "o možnosti vytváření plazmových elektrotechnických engineaktivních motorů", ale jeho nadřízený, který čtení, dal dobrou radu: "Tento článek okamžitě napsal. Je lepší změnit jméno na něco neutrálnějšího. " V důsledku toho byl článek publikován pod názvem "o zrychlení plazmy magnetickým polem" v Jetpu (časopis experimentální a teoretické fyziky). Její přezkoumána její vedoucí oddělení plazmatických studií IAE Lev Artzimovich. Teorie uvedená v článku Morozov, později našla jeho odraz v článku Arzimovich samotného o zábradlí (pouze v Morozově, magnetické pole bylo trvalé a Arzimovich je elektrodynamický). Publikace způsobila velkou rezonanci mezi odborníky, dokonce diskutovala dvakrát na schůzi americké fyzické společnosti.
V roce 1955, Morozov obhájil svou práci a v roce 1957 byl pozván do práce v Iee. Do konce padesátých lét, úspěchy SSSR ve vesmíru inspirovaly návrháře, aby se proměnily v několik rozsáhlých prostorových projektů. To bylo také plánováno létat do Marsu, a tedy 2. července 1959, Lev Artzimovich svolává zaměstnance na schůzi. Tématem diskuse bylo možnost stavebních motorů pro marťanskou loď. Artsimovich navrhl pro takový systém Následující vlastnosti: Tah je asi 10 kgf, rychlost vypršení 100 km / s s výkonem motoru 10 MW. Zaměstnanci EHP nabídl několik projektů: Plazmový pulzní motor (AM Andrianov), magnetický a plazmový analog námořní trysky (AI Morozov) a motor založený na jednorázovém zdroji iontů, téměř stejný jako pro elektromagnetické oddělení Izotopy (Paul Matveyevich Morozov, jednostranné soutěže Alexei Ivanovich).
Mimochodem, všechny tyto projekty v jedné formě nebo jiném byly později implementovány. Plazmová eroze (impulzní volba) Andrianova motor výrazně méně výkonu byl namontován na jednom ze satelitů a byl vychován do prostoru v roce 1964 a iontový motor P.M. Morozova pod názvem "Marshmallow" (také s nízkým výkonem) stála na tomto satelitu "Meteor-10". Experimenty s magnetickým analogem nohy zápatí s centrálním tělem (vývojáři sami volali mu "koaxiální") od roku 1960, ale schéma se ukázalo být obtížné, a byl postaven pouze v roce 1980 společným úsilím Iee, Charkov Institut fyziky a technologie, Trinity a Institut fyziky Běloruska. Síla tohoto monstra bylo 10 GW!
Tyto projekty však nebyly vhodné pro marťanský program pro jeden jednoduchý důvod: návrháři neměli zdroje napájení vhodného výkonu. Tento problém je relevantní a nyní: maximum, ke kterému se můžete počítat, jedná se o desítky kilowatt. Bylo nutné přesunout na mělké měřítko. George Grodzovsky (TSAGI) Jeden z prvních konstrukce nízkoenergetických elektrických motorických motorů v naší zemi. Od roku 1959 byly jeho iontové motory testovány ve vesmíru (ale ne na satelitech, ale na balistických raketách). V roce 1957, M.S. Ioffe a e.e. Yushmanov začal zkoumat magnetické (tzv. Cork) plazmové pasti. Pro naplnění horkými plazmou (10 milionů stupňů) používali zrychlení iontů v zkřížených elektrických a magnetických polích. Tato práce sloužila jako základ pro vytvoření řady plazmových motorů. V roce 1962 navrhl Alexey Morozov svůj design plazmového motoru nízkoenergetického, zvaného SPD (stacionární plazmový motor). Základně důležitým rysem SPD bylo, že velikost magnetického pole se zvýšila na plátek motoru kanálu - zajistil vytvoření v plazmě objemového elektrického pole. Celá myšlenka motoru byla postavena na existenci takového pole.

"Poprvé, možnost existence hromadných elektrických oborů v plazmě poukázal v roce 1910, město však, nicméně, po dobu 50 let, pokus o vytvoření takového pole byl neúspěšný. V té době to bylo věřil, že proto, že plazma byl dirigent - není možné vytvořit pole v něm. Ve skutečnosti, vytvořit hromadné elektrické pole v plazmě bez magnetického pole je skutečně nemožné - je stíněn kvůli volným elektronům. V přítomnosti magnetického pole, které ovlivňuje pohyb elektronů, mohou existovat objemová elektrická pole v plazmě. Skupina A.I. Morozova začala zapojit do SPD v roce 1962. Téměř pět let existoval motor v laboratorní verzi - v roce 1967, model byl stále vybaven vodou chlazeným. Je čas začít pro letové a vesmírné testy, ale v této fázi se vývojáři čelili neočekávaným problémem. Návrháři kosmické lodi kategoricky odmítli dát něco elektrického na palubě! Režisér IEA Academician Alexandrov několikrát se setkal s designéry různých kosmických lodí a konečně se mu podařilo jednat s Josephianem, hlavním návrhářem satelitů série Meteor Series.
Problémy však nekončí. V roce 1969 vydala Iosifiana skupina vývojářů technický úkol, podle kterého museli udělat samotný motor, ale veškerou instalaci, včetně výkonového systému, dodávkou Xenonu atd. Současně bylo nutné dát do velmi tuhého rámce: tah 2 GS, účinnost 30-40%, spotřeba energie 400 W, hmotnost 15 kg, zdroj 100 hodin. A to vše bylo nutné udělat za 5 měsíců! Skupina Morozova pracovala doslova den a noc, ale řízená. Výroba stejného motoru instalace byla účtována s Kaliningradem OKB "pochodně", jehož ředitelem, který byl v té době talentovaný konstruktor Roald Starca. Několik dní po zahájení meteoru začaly experimenty s motory. "EOL-1" byl instalován na satelitu tak, aby osa jeho trakce neprošla středem hmotnosti zařízení. Když je motor zapnutý, nastal nějaký točivý moment, který by mohl být kompenzován orientačním systémem, zatímco také sloužil jako měřič trakce EAOL.
Pro experiment, nejen tvůrci motoru, ale i skeptici, kteří stačili. "EOL-1" musela pracovat jen několik minut, pak se automaticky vypne (návrháři se báli, že plazmový paprsek by blokoval rádiový signál). Motor vypnutý a vypnutý. Po radioontolu orbity se ukázalo, že výsledky přesně odpovídají laboratorním datům. Pravda, skeptici se neužívali a předložili hypotézu, že změna obíky byla způsobena obvyklým vypršením plynu přes otevřený ventil. Tento předpoklad však nebyl potvrzen: Po druhém začlenění na tým ze země pracoval motor dalších 170 hodin, zvýšení meteor-10 dráhy o 15 km. Pochodeň OKB se dokonale vyrovnává se svým úkolem: zdroj byl překročen téměř dvakrát.

Na počátku osmdesátých let začíná pochodeň sériově vyrábět motory SPD-70 - potomků "ESOL". Prvním satelitem s tímto motorem, Geyser č. 1 byl zahájen v roce 1982, a v roce 1994 byl nový model SPD-100 vybaven komunikačním satelitem Gals-1. Ačkoliv však zpráva o úspěšném testu plazmového motoru "EOL" v roce 1974 byl dokonale veřejně zveřejněn v časopise "vesmírných studií", zahraniční designéři považovali SPD pouze zajímavý teoretický rozvoj. Proto demonstrace zástupců NASA a JPL v roce 1991, "pochodeň" motory a zprávu, že sériové satelity jsou podobné těm, které jsou vybaveny, způsobily jim skutečný šok (Američané většinou šli podél cesty rozvojových iontových motorů). Není divu, že "pochodeň" je nyní zvažován na světě předním výrobcem elektrických plazmových motorů. "Na každém třetím ruském satelitu je náš motor, a tři z pěti největších západních výrobců kosmické lodi jsou zakoupeny od USA SPD," řekl Vyacheslav Mikhailovich Murashko, režisér a generál Designer. - Například jsou vybaveny MBSAT-1, Intelsat-X-02, inmarsat-4F1 satelity. Evropská vesmírná agentura pro něj odesílá jejich SMART-1 satelit s Měsícem, zvolila to jako plazma PPS-1350 motory, společný vývoj francouzské společnosti Snecma Moteurs, pochodeň OKB a MIREA.
Co nás čeká v blízké budoucnosti? V 80. letech se skupina v Miera vyvinula další generační motor, Aton SPD. Rozdíly plazmového paprsku v SPD-100 je +/- 45 stupňů, účinnost - 50% a odpovídající SPD charakteristiky Athon +/- 15 stupňů a 65%! Není ještě v poptávce, stejně jako druhý náš motor, dvoustupňové SPDS s modifikovanou geometrií pole - konstruktéry stále stojí snadnější než SPD-100. Dálkový prostor vyžaduje motory s měřítkem 10-100 kW nebo dokonce MW. Takový vývoj je již tam - v roce 1976 byla provedena kapacita 30 kW v IEE, a "pochodeň" v pozdních osmdesátých létech vyvinul SPD-290 s kapacitou 25 kW pro prostor Tug "Hercules". V každém případě je teorie těchto motorů postavena tedy v rámci klasického SPD schématu, je docela realistické přinést moc až 300 kW. A pak to může muset jít do jiných konstrukcí. Například na dvoulitrový akcelerátor na vodíku, vyvinutý v Iee v pozdních sedmdesátých letech 7. století. Tento stroj měl výkon 5 MW a míru expirace 1000 km / s. V každém případě budou plazmové motory stát na interplanetárních lodích.

Vypouštění mezi anodami a katodou v plazmovém motoru

Berkant Göksel / Technická univerzita v Berlíně

Výzkumníci z technické univerzity v Berlíně vyvinuly a zažili novou verzi plazmového motoru schopného na rozdíl od jiných prototypů, pracují při normálním a ne nízkým, atmosférickým tlakem. Práce vědců je publikována v Časopis fyziky: konferenční sériea jeho krátké prohlášení Nový vědec.. Nová elektrárna se vztahuje na typ magnetasmometrických motorů, které mohou být potenciálně použity na různých třídách letadel.

Plazmový motor je druh elektrického raketového motoru. Pracovní subjekt v něm získává zrychlení, zatímco v plazmovém stavu. Vývoj takových motorových zařízení s různým úspěchem provádí od roku 1950 různých výzkumných organizací. Zejména první pracovní prototyp plazmového motoru byl vytvořen a testován Research Centre Lewis (nyní Glenn Research Center) v roce 1961.

V plazmovém motoru se plyn přivádí do pracovní zóny pracovní prsten, jehož vnější část představuje anodu a vnitřní, umístěná blíže k výstupu - katoda. Při odesílání trvalého napětí na anodě a katodou konstantního napětí ve stovkách voltů se v pracovním prostoru vyskytuje ionizující výtok a je vytvořena plazma. Pak se tato plazma pod akcí Lorentzovy síly začne pohybovat směrem k výstupu z pracovní oblasti, vytváření chutivy. Pro provoz plazmového motoru vyžaduje velké množství energie.

Podle vývojářů, jejich magnetoplasmometrie motoru podle vlastního trakce, významně přesahuje prototypy, které existují zatím. Testovaný prototyp, který byl zmenšován na velikosti běžného leteckého motoru, jak je uvedeno, bude schopen vyvinout chuť z 50 až 150 kilonitorů v závislosti na dodaném napětí. Testovaný prototyp je instalace 80 milimetrů a průměr 14 milimetrů.

Prototyp plazmového motoru se skládá ze šesti měděných anodů umístěných kolem měděné katody ve vzdálenosti dvou milimetrů. Konec katody je vyroben ve formě kužele. Během testování, výzkumníci prostřednictvím vysokofrekvenčního vysokonapěťového pulzního generátoru byl dodán do anody a katodového napětí do 16 kilovolt. Napájecí napětí záviselo na náboji kondenzátorů před generátorem. Kondenzátory nabité 300, 400 a 500 voltů.

Když je napětí přiváděno do anody a katody, pulsy mezi nimi jsou vypouštěny frekvencí 3,5 kilohertz. Díky nim v motoru a plazmě. Skutečnost, že elektrárna je schopna vydávat znatelnou touhu, výzkumníci zkontrolovali s kyvadlem o délce 55 milimetrů a váží 15 gramů. V závislosti na anodech odeslaných k anodům a katodě se odchylka kyvadla z trysky pohybovala od pěti do 25 stupňů.

Výzkumníci se domnívají, že v budoucnu mohou být takové magnetasmometrie instalovány na letadlech a elektrárny budou účinně pracovat ve všech fázích: 50 tisíc metrů od vzletu. Současně vědci vědomi vědomi poznamenávají, že plazmové motory potřebují velké množství energie, což není možné s pomocí baterií. Vývojáři věří, že nové plazmové motory budou v poptávce, když jsou vytvořeny kompaktní termonukleární reaktory.

Je třeba poznamenat, že elektrické raketové motory existují a dokonce používají na satelitech. Vytvářejí relativně malou touhu, a proto vhodné pro použití pouze v prostoru. Elektrické raketové motory (typ iontů) se týkají zejména motoru haly, instalovaný na některých satelitních modelech. Testy modernizované verze Síně Síny Američanů na orbitální drone.

Motor Hall je typ iontového motoru, se však liší od posledního větším a méně proudění kapaliny. Xenon se používá jako pracovní tekutina v elektrárně. Elektrárna je prstencová komora umístěná mezi anodou a katodou. Slouží k pracovní tekutině, která je ionizována katodou a anodou a urychluje elektrostatické pole v axiálním směru.

Vasily Sychev

Jistě, každý člověk souhlasí s tím, že prostor je Manit. A on už je zkoumán! To je jen velmi pomalý. Protože je nesmírně obtížné vytvořit kosmickou loď, která by mohla rychle překonat působivé, vypočítané stovky tisíc kilometrů vzdálenosti.

Všechny podstaty v palivu! Není nekonečná. Potřebujeme moderní agregáty s jiným principem práce a silnější. Ano, existují jaderné raketové motory (yard). Jejich maximální limit je však 100 km / s. Kromě toho se jejich pracovní těleso zahřívá v jaderném reaktoru.

Plazmové motory jsou však perspektivou, která si zaslouží pozornost.

Stručná exkurze do fyziky

Za prvé, stojí za zmínku, že jakýkoliv raketový motor se vyznačuje vrháním trysky slabě ionizované plazmy. Bez ohledu na jeho typ. Ale "Classic", skutečné plazmové motory jsou ty, které urychlují plazmu kvůli elektromagnetickým silám, které mají náraz na nabité částice.

Proces je složitý. Jakékoliv elektrické pole, které urychluje v plazmě nabití, poskytuje elektrony a ionty stejné modulu celkových pulzů. Chcete-li jít do těchto údajů, je volitelné. Stačí vědět, že impuls je velikost mechanického pohybu těla.

Vzhledem k tomu, že plazma je elektricky neutrální, pak se součet všech pozitivních nábojů rovná modulu součtu negativních. Existuje určité časové období - to je nekonečně malé. Pro tyto, mnoho případů, všechny pozitivní ionty dostávají mocný impuls. Totéž platí v opačném směru - na negativní. Co se stalo? Celkový impuls je nakonec nula. Takže tah nevzniká.

Takový závěr: Pro elektrické "přetaktování" plazmy je nutné oddělit poplatky za variamu. Pozitivní zrychlí, když je negativní odvozen z akční zóny. Je těžké tak učinit, protože Coulombové síly přitažlivosti obnovují elektrickou rovnováhu, vznik mezi plazmou nejdříve nabitých sraženin.

A jak se vám podařilo realizovat tento princip práce v plazmovém raketovém motoru? Vzhledem k magnetickým a elektrostatickým polím. Pouze ve druhém případě je jednotka tradičně označována jako iontová a v první - je to plazma.

Koncepce od 60. let

Asi před padesáti lety, sovětský fyzik Alexey Ivanovič Morozov navrhl koncept raketového motoru plazmy. Byl úspěšně zažil v 70. letech.

V tom, radiální magnetické pole bylo použito k rozdělení notoricky známých poplatků. Ukazuje se, že elektrony vedené účinky Lorentzovy síly se zdají být na šroubovici v elektrických vedeních magnetického pole, které "vytáhne" z plazmy.

Co se stalo? Masivní ionty serstly procházejí magnetické pole tím, že získávají zrychlení v podélném směru elektrického pole.

Ano, toto schéma má výhody nad tím, kdo je realizován v plazmových iontových motorech, ale tam je mínus. Nedovolí dosáhnout většího tahu, který se odráží rychlostí.

Je cesta ke hvězdám skutečnou?

Na plazmových raketových motorech bylo mnoho naděje. Bez ohledu na to, co inovativní, zdá se, že letí do vzdálených nebeských těles v jednom lidském životě nemůže poskytnout.

Aby se zařízení dostalo dostatečné trakční impuls (a to je nejméně 10 000 000 m / s), musíte vytvořit magnetické pole nerealizovaného výkonu 10 000 tesla. To je možné pouze s pomocí explosagnetic generátorů A.D. Sakharov a další moderní zařízení pracují na stejném principu.

Ale takové mocné pole existují v průběhu katastrofálně malého dočasného segmentu měřeného v mikrosekundách. Pro dosažení lepšího výsledku by muselo využít energii jaderného výbuchu silou v 10 CT. Pro odkaz - důsledky takového "fenoménu" jsou vyjádřeny ve 4kilometrovém průměru mraku s výškou 2 km. A "houba" a vůbec dosahuje 7 km.

Takže s hmotností lodi ve 100 tun by byl požadován milion takových impulzů. A to je jen zvýšit jeho rychlost o 100 kilometrů za sekundu! Kromě toho, pokud by poplatky nemusí brát na palubu. V pravděpodobnostech by mohly být umístěny do vesmíru na přetaktování sekce.

Ale celá milion jaderných bomb? Nereálné. To jsou tisíce tun plutonia! A protože celá délka existence jaderných zbraní bylo vyrobeno o něco více než 300 tun. Takže raketový motor plazmatu s principem práce založený na magnetickém oddělení nábojů, cesta ke vzdáleným hvězdám nebude poskytovat.

Hala engine

Jedná se o možnost plazmové jednotky, pro které nejsou žádná omezení, která jsou uložena na objemu. Jejich nepřítomnost poskytuje větší hustotu tahu. To znamená, že hala plazmový motor může občas zvýšit rychlost kosmické lodi, pokud se porovnává například s iontovou jednotkou stejné velikosti.

Přístroj je založen na účinku amerického fyzikového Edwin Hall v roce 1879. Ukázalo se, jak v dirigentu se vzájemně kolmým magnetickým a elektrickým polem tvořeným elektrickým proudem. A ve směru, který je oba kolmo.

Jednoduše řečeno, v hale agregát plazma je tvořena nábojem mezi anodou (+) a katodou (-). Akce je jednoduchá - číslice odděluje elektrony z neutrálních atomů.

Stojí za zmínku, že asi 200 satelitů s haly plazmatickými motory se zaměřily na blízké orbity. Pro kosmickou loď je jeho moc dost. Mimochodem, to byl takový agregát, který byl používán Evropskou kosmickou agenturou pro účely ekonomicky zrychlení Smart-1 - jeho první automatické stanice pro studium Měsíce.

AIPD.

Nyní můžete hovořit o ablačním impulsním plazmovém motoru (APD). Jsou vhodné pro použití v malé kosmické lodi, které mají dobré spektrum funkčnosti. Pro svou expanzi je nutná vysoce účinná malá jednotka, která je schopna opravit a udržovat oběžnou dráhu. AIP - Slibné zařízení s řadou výhod, ke kterým lze připsat:

• Trvalá připravenost pro práci.
• Působivý zdroj.
• Minimální setrvačnost.
• Schopnost přesně dávkovat impuls.
• Žádná impulsová hybnost.
• Závislost tahu proti spotřebě energie.

Pulzní plazmové motory tohoto typu jsou studovány podrobně. Výzkumníci samozřejmě narazili na problémy. Zejména s údržbou dlouhodobého provozu jednotky je překážkou, pro které je uhličitanem povrchu.

Jako součást jednoho ze studií o studiu AIPu to bylo zjištěno, že tato jednotka spaluje hlavní výtok na výstupu kanálu. A to je charakteristická funkce pro motory mnohem působivější energii.

Příkladem instalace AIPD - Země Observeru satelit 1. Ale nemůže být aplikován na korekční motor ICA, protože spotřebovává příliš mnoho energie (60 W). Kromě toho má nízký celkový impuls.

Stacionární motor

O tomto vynálezu také stojí za to říct několik slov. Stacionární plazmový motor má funkci ve formě malého generovaného výkonu a kompaktnosti.

Může být použit ve vesmírné technologii jako výkonného tělesa elektrické instalace. Nebo v rámci vědeckého výzkumu. S tímto vynálezem jsou směřující plazmové toky zcela realizovány.

Takový plazmový motor je v podstatě magnetron, široce používaný v průmyslu. To je zase technologické zařízení, s jakou se na substrát aplikují jemné filmové filmy s katodou postřikem cíle v plazmě. Toto zařízení však nemusíte být zmateni s vakuovým magnetronickým. Provádí zcela jinou funkci - generování mikrovlnných oscilací.

Od roku 1995 se stacionární plazmové motory zapojují do korekčních systémů řady připojených geostacionárních ka. Začněná v roce 2003 se tato zařízení začala aplikovat v zahraničních geostacionárních satelitech. Do začátku roku 2012 byl motor 352 nainstalován na zařízeních, která se dostala do otevřeného prostoru.

MPD-thread.

To je další koncept plazmové jednotky. Mnoho nadějí pro vesmírné technologie jsou s ním spojeny.

Jaká je myšlenka? Je vytvořen plazmový náboj mezi katodou a anodou, což přispívá k indukci prstencového magnetického pole. Lorentzová síla vstoupí do působení, s jakou pole ovlivňuje pohybující se náboje proudu, v důsledku čehož jejich část je vychýlen v podélném směru. V důsledku toho je plazmová parta, vypršení "doprava". Je to ten, kdo tvoří trakční push.

Tento motor pracuje v impulzním režimu, protože krátkodobé pauzy mezi vypouštěním jsou zapotřebí - je uložen náboj na elektrodách.

Co je slibný mpd-thruster? Funguje bez oddělení obvinění variepete. Vzhledem k tomu, že se pohybují v nabíjecím proudu. To znamená, že Lorentzovy síly mají stejný směr.

V teorii tohoto konceptu, velmi vynikající ukazatele. Může rozvíjet působivou touhu. Ale také jsou také nuance. Magnetické pole není rozpuštěno pomocí "zrychlení" elektrických nábojů. Vše kvůli skutečnosti, že Lorentzova síla má dopad kolmo k jejich rychlosti. To znamená, že nemění kinetické ukazatele. MPD-Thread pouze změní pokyny, kterým jsou poplatky dodržovány, aby se plazma letila podélně.

V ideálním případě by měl být proud mezi katodou a anodou hustější. Je nutné vytvořit tah. A vyžaduje vysoké náklady na elektrickou energii. Která však není nižší než síla plazmového paprsku.

Pokud je specifický impuls 1000 kilometrů za sekundu, a tah je 100 kg, pak se dostanou ke spotřebě stovky megawattů. Který je prakticky nemožné generovat ve vesmíru. I když povolíte takovou pravděpodobnost, loď s MPD-tah, která má čistou hmotnost 100 tun, odvrátí se až do značky 10 000 km / s. Pouze pro 317 let! A to je levně astronomická startová hmotnost, která tvoří 2,2 milionu tun.

S takovými ukazateli je dokonce nemožné provést spotřebě plynu v jednotce, která přeskočí elektronické poplatky. A žádné výpočty by neměly být provedeny, aby bylo možné pochopit - žádné elektrody nejsou schopny vydržet takové závažné chemické a tepelné zatížení.

Kvantový přístroj Emdrive.

To je vynález Rogera Schjury z Británie, nad kterou celou mezinárodní vědeckou komunitu se téměř zasmála. Proč? Protože jeho kvantový vakuový plazmový motor byl považován za nemožný. Pro jeho princip odporují zákonům, které jsou základem fyziky!

Ale jak se ukázalo, tento plazmový prostorový motor pracuje a docela úspěšný! Zjistěte si tuto skutečnost řízenou během testů NASA.

Jednotka je jednoduchá ve svém designu. Trh je vytvořen pomocí mikrovlnných oscilací kolem vakuové nádoby. A elektřina potřebná k jejich vývoji je extrahována ze slunečního světla. V jednoduchém jazyce - motor nevyžaduje použití paliva a může pracovat, ne-li navždy, pak alespoň do okamžiku rozbití.

Testery byly šokovány. Motor byl testován vědec Guido Fetta a tým z NASA Eagleworks, vedl Harold White - specialisty z vesmírného centra. Lyndon Johnson. Po podrobné studii vynálezu byl publikován článek, ve kterém testy zajišťovaných čtenářů - zařízení funguje a úspěšně vytvoří touhu, nechte to být nevysvětlitelný rozpor zákona o ochraně impulsů.

A tak vědci však uvedli, že tato jednotka zahrnuje interakci s tzv. Quantum vakua virtuální plazmy.

Problém účinné oddělení poplatků

Mnoho fyziky je pesimisticly zajišťuje - je nevyřešena. Existují pokročilé projekty, ve kterých jsou vyvíjeny inovativní plazmové jednotky s kapacitou 5 MW a pulsem 1000 km / s. Jejich trakce však stále zůstává příliš malé na překonání velké vzdálenosti.

Vývojáři rozumí tomuto problému a hledají další přístupy. Jeden z nejslibnějších projektů v naší době je Vasimr. Jeho specifický impuls je 50 km / s. A tah je 6 newtonů. To je jen Vasimr ve skutečnosti, že plazmová jednotka není. Protože produkuje vysokoteplotní plazmu. Přepíná se do trysky fotbalu - bez použití elektřiny, pouze v důsledku plynů dynamických účinků. A plazma je urychlena stejným způsobem, protože plynový proud získá rychlost na výstupu ze známé raketové jednotky.

Závěr

Závěrem bych chtěl říci, že žádný plazmový motor pro kosmickou loď z existujícího v naší době není schopen dodat raketu i na nejbližší hvězdy. To platí pro experimentálně osvědčené přístroje a teoreticky vypočítané.

Mnoho vědců přijde do pesimistického závěru - mezera mezi naší planetou a hvězdami smrtelně neodolatelnými. Dokonce i do systému alfa Centauri, některé součásti jsou viditelné pro neozbrojené oko ze země, a vzdálenost je 39,9 bilionu kilometrů. Dokonce i na kosmické lodi, která je schopna pohybovat rychlostí světla, překonání této vzdálenosti by bylo asi 4,2-4,3 let.

Takže plazmové agregáty stelotů jsou, je pravděpodobnější od sci-fi. Ale neznamená to jejich význam! Používají se jako manévr, pomocné a nápravné orby motorů. Proto je vynález docela osvobozen.

Ale jaderná pulzní jednotka, která využívá energii výbuchů, má pravděpodobný vývojový potenciál. V každém případě je možná alespoň teoreticky vysílat automatickou sondu k nejbližšímu systému Star.

Plazmové motory: mýtus a realita

Curse Tsiolkovsky.

Extrémně složitý problém vytváření kosmické lodi schopné přiměřené doby (srovnatelné s lidským životem) překonat mezihvězdné vzdálenosti, kvůli paradigmu tradiční rakety. Který nese na palubu paliva a v důsledku toho vynakládá na svém zrychlení téměř veškerou energii extrahovanou z paliva! Matematická vyjádření této prokletí je takzvaná. Vzorec Tsiolkovského, vyplývajícího z uchování impulsu:

To nebere v úvahu náklady na palivo zvednout ze země a vstup do oběžné dráhy, kde se zrychlení začne cestovní rychlost. Je však zřejmé, že před odchodem do vzdálené cesty bude loď sestavena z modulů na blízké zemi nebo arogantní oběžné dráze.

Iontový motor

N. a dnes není jasná představa o tom, jak bude kosmická loď překonat řadu rychlostí 10 000 km / vazeb. Je to asi 130 let letu na nejbližší hvězdný systém Alpha Centauro. Nemá smysl zvážit neplodné fantazie jako fotonová hvězdná loď. Velip sám, nápad použít k vytvoření fotonového tahu s jejich zanedbatelným ve srovnání s energetickým pulsem! Jako reálná možnost je motor považován za použití energie termonukleární syntézy. Navrhované způsoby syntézy v malém měřítku se však snížily na zapálení tablet z deuteria + helium-3 paprsků laserů nebo paprsků iontů / elektronů, se sotva někdy realizují na palubě vesmírné nádoby. Doufám, že pro slunné plachty beznadějné, protože Jako odstranění ze Slunce, jejich trakce má tendenci k nule. S divokou plachou v 1000 m2. Km a fantastická hmotnost auta s plachtou v 1 tuny, rok bude dokončena v 107,7 miliardy km a rychlost plachetnice dosáhne 1714 km / s. A to je praktický limit, protože i 700 let letu, když zařízení dosáhne systému alfa-concepce, rychlost nebude překročit1715 km / s. Semi-sušicí projekty plachty ve velikosti s Evropou, které jsou poháněny miliony laserů z Měsíce, jasně ukazují impotenci myšlenek vesmírného plachetnice. Ačkoli pro lety ve sluneční soustavě, ne příliš daleko od Slunce, má určitou perspektivu.

Mezi testovanými strukturami schopnými dávat základní chutě, mimo konkurenční chladicí kapaliny jaderného motoru (yard). Vynikající vzorek takové instalace byl vyvinut v SSSR - RD0410 http://www.kbkha.ru/?p\u003d8&cat\u003d11&prod\u003d66. . Sazba vypršení pracovní kapaliny z trysky,ty. specifická hybnost I.Rd může tvořit 9 - 10 km / s. Je to více než dvojnásobek ukazatelůŽádný chemické raketové motory. S rozumným omezením výchozí hmotnosti 10 000 tun a skromné \u200b\u200bčisté hmotnosti 100 tun(s výjimkou palivových a pracovních tekutin), omezit rychlost vozidla

Vynikající pro lety ve sluneční soustavě, ale není vhodný pro cestování do systému Alpha Centauro, který by trval asi 29 000 let! Dvoustupňové schéma zdvojnásobí vysokou rychlost, ale počáteční hmota bude rozvíjet velikost. Pro naši loď sYard I.Čistá hmotnost 100 tun, která se rozpadla k rychlosti 200 km / s, startovní hmota by se přiblížila50 miliard Tón! Rychlost KM / s Odpovědi ne tak noční můra, ale i impozantní zásoby pracovní tekutiny, která přesahuje 2 miliony tun. 100 km / s je tedy obtížné dosáhnoutpraktický Limit pro rakety s dvorem, jak přistupujeme na které Gigantania začíná. Od vzorce tsiolkovského proudí, na první pohled, jednoduché řešení problému. Zvýšit specifický impuls, I. pak nemusí exponenciálně zvýšit spotřeba pracovní těla. Za tímto je dvůr zásadně není vhodný díky tomu, že pracovní těleso se zahřívá v jaderném reaktoru. Nezbytná míra vypršení platnosti může poskytnout tzv. Plazmový motor.Tento termín lze připsat velkou rodině zařízení, odlišně působící s plazmou, včetně iontových motorů.

Klasické plazmové motory

Každý raketový motor vyhodí slabě plazma z trysky,plazma, iontová, elektronikna se obvykle nazývá pouze ta, která urychluje plazmu v důsledku elektromagnetických sil působících na nabitých částic.Oje velmi obtížné to provést, protože jakékoliv elektrické pole, zrychlující náboj náboj, získá modulu s celkovými pulzemi iontů a elektronů. Ve skutečnosti je změna impulsu náboje v průběhu času, kde je síla působící na poplatek (v poli s napětím). Vzhledem k tomu, že plazma je obecně elektricky neutrální, součet všech pozitivních nábojů se rovná modulu součtu negativních. Pro nekonečně malý čas získá celá hmotnost pozitivních iontů puls. Stejnývelikost impulzu zaměřeného v opačném směru obdrží celou hmotnost negativních poplatků. Proto je celkový impuls nulový, a proto nebude vzniknout tah.

Pro elektrické přetaktování plazmy je tedy třeba nějakým způsobem rozdělit poplatky za rozptyl, aby se rozptýlily náboje jednoho označení, zatímco poplatky z jiného znaku jsou odvozeny z zóny zrychlujícího pole. Nicméně, účinně rozdělené obvinění je velmi obtížné! To je omezeno silnými Coulombovými silami přitažlivosti, které vznikají mezi variálně nenabíraným plazmovým svazkem a okamžitě obnovením elektrické rovnováhy.Používá se ve stávajících plazmových motorech, způsoby oddělování pozitivních iontů s elektrony používají elektrostatické nebo magnetické pole. V prvním případě je motor tradičně nazýván iontovým a ve druhé plazmě.

Funkční schéma "klasického" iontového motoru ":

1 - Podání pracovního orgánu; 2 - ionizátor; 3 - banda iontů; 4 - Zaostřovací elektroda; 5 - Zrychlovací elektroda; 6 - blokující elektroda; 7 - Neutralizátor; 8 - Hlavním zdrojem energie; 9 - Pomocný zdroj energie.V relativně úzkém intervalu mezi mřížkou 4 a katodou 5 je zrychlení iontů pozitivních plynů (Xenon, argon, vodík atd.), Který je pracovní tekutina motoru. Zároveň jsou volné elektrony vytvořené během ionizačního procesu přitahovány k anodě, po kterém je proud pozitivně nabitého plynu vypršen, neutralizovat jej. Katoda 6 bloků tahání na anodu elektronů opouštějících neutralizátor 7. Anoda je nejen elektroda 4, ale také celá vnější plášť komory, ve které dochází k ionizaci plynu. Anoda má největší potenciál ~ 1000 v, zatímco potenciál katody 5 je ~ 100 v a katoda 6 je ještě nižší.

Rychlost plynového paprsku, která se zrychlila mezi mřížky 4 a 5, může dosáhnout až 200 km / vazeb. Iontový motor je však zanedbatelný, v nejlepším případě dosahující ~ 0.1 Newton. To přímo souvisí s problémem separačních iontů a elektronů. Které v tomto, stejně jako ve všech ostatních plazmových motorech je vyřešen extrémně neefektivní. Optimisticky předpokládejme, že touha iontového motoru se specifickým impulsem 200 km / vazeb podařilo přinést1 Newton (100 gramů). Potom loď s výchozí hmotou asi 15 000 tun, z toho 14 900 tun spadají na pracovní část (plyn), bude schopen urychlit na 1 000 km / s (podle tsiolkovského vzorce . Doba zrychlení je vyjádřena vzorcem, kde - impuls obdržel lodí a pevnost tahu. V tomto případě máme \u003d 100 000 kg ⋅ 1 000 000 m / s / s / 1 h \u003d 100 miliard sekund, což je asi 3 200 let! A to je pouze nižší odhad a skutečná doba zrychlení bude podstatně větší z důvodu, že puls je také zapotřebí k přidání pracovního fluores do pracovního tělesa před tím, než prošel motorem a odletěl z trysky.

Síla takového motoru se rovná \u003d 200 000 wattů. Opravdu pracovní vzorky jsou řádově menší. Aby se snížil čas zrychlení k cestovní rychlosti, tj. Zvyšte touhu, by měly zvýšit spotřebu elektrického výkonu, a proto rozměry motoru. Předpokládejme, že tímto způsobem jsme zvýšili tah 1 000krát a snížil čas zrychlení na rozumnou 3,2 roku. Není to špatné pro rychlost Km / SEK, i když by do Alpha Centaurs musel létat dalších 1300 let. Spotřeba energie bude však stovky megawattů, což odpovídá výkonu výkonové jednotky středního JE. To znamená, že neexistují žádné rozumné zdroje energie pro kosmické iontové motory s desítkami alespoň desítek kilogramů.

Zpět v 60. letech, A.i. Morozov navrhl svůj koncept plazmového motoru, který byl úspěšně testován v 70. letech. Zde jsou poplatky odděleny radiálním magnetickým polem, které se aplikuje v zóně zrychlení pozitivních iontů podélným elektrickým polem. Výrazně menší elektrony pod působením Lorentz sil, spirálovitě navigovat na elektrické linie magnetického pole a, jak to bylo, "vytáhnout" magnetické pole z plazmy. V tomto případě, masivní setrvačnost ionty přeskočí magnetické pole, urychluje elektrickou v podélném směru. Neutralizační mechanismus funguje také jako v iontovém motoru. Tento režim, který má určité výhody před ním, neumožňuje dosáhnout výrazně větší trakce při srovnatelném výkonu. Magnetická metoda separace nábojů není zdaleka účinného řešení problému a neumožňuje vytvářet plazmové motory, které by mohly být použity pro mezihvězdné cestování.

Abychom se ujistili, že předpokládáme, že 1 gram iontů se podařilo rozdělit elektrony a druhé byly akumulovány na výstupu trysky, skrývá se na vedení příčného magnetického pole s indukcí vozidla. Pak bude tento nadměrný záporný náboj přibližně -95 000 Cl. Je snadné ověřit, že odpovídající "přebytečné" ionty s celkovou hmotností 1 g pro několik femtosekund urychlují na ~ 10 000 km / s. Elektrony přebytečného náboje se zároveň nezískou rovný puls vůči iontům, což by mělo leopardovat reaktivní účinek, protože Nad magnetickým polem budou tyto elektrony navinuty na kruhových trajektoriích s poloměrem asi 1 metr. Tak, pro aplikaci zařízení trakčního impulsu 10 000 kg ⋅ m / s \u003d 0,001 kg ⋅ 10 000 000 m / vazbybudeme muset vytvořit těžké magnetické pole asi 10 000 tesla ve výši několika metrů krychlových. Taková extrémní pole jsou vytvářena pouze výbušnými generátory A.D. Sakharov a jejich moderní variace, a oni existují pouze mikrosekundy a objemy měřené kubickými decimetry. Zároveň bude mít energetiku magnetického pole pořadí 10 Terajul. S ohledem na skutečnost, že kumulativní generátory jsou schopny přemístit až 20 - 30% chemické energie výbuchu, čímž se získá kosmické zařízení trakčního impulsu ~ 10 000kg⋅ m./ sekundabylo by nutné účinně využívat energii jaderného výbuchu s kapacitou ~ 10 kt.

S hmotností lodi bude 100 tun potřebovat milion takových pulzů, aby se zvýšila jeho rychlost o pouhých 100 km / vazeb. A pak jen pod podmínkou, že jaderné poplatky nemusí nést na palubu a byly umístěny předem ve vesmíru na místě zrychlení. Ale milion jaderných bomb je několik tisíc tun plutonia, které za celou dobu existence jaderných zbraní bylo uděláno o něco více než 300 tun. Mít pouze plazmový motor s magnetickým oddělením nábojů, o letu na hvězdy je lepší zapomenut.

Co dělat s plazmou?

Zdá se, že problém účinné oddělení nábojů v plazmových motorech je zásadně nerozpustný. Existují pokročilé projekty plazmatických motorů s kapacitou 5 MW a specifickým impulsem 1000 km / značek, ale jejich tahbylo by se rovnat 5 000 000 m / 1 000 000 m / s \u003d 5 N, takže problém snižování času přetaktování zůstane nepřekonatelný. Nemluvě o tom, že ve vesmíru je obtížné extrahovat megawatts spotřebované elektrickou energii.

Porozumění těmto problémům, vývojáři plazmových motorů hledají další přístupy. Významné nadšení způsobuje nový koncept Vasimr, který v laboratoři ukazuje nejlepší výsledky mezi plazmovými motory: specifický pulz 50 km / značky, 26 Newton Trakce a účinnost 60 - 70% (test VX-200). Přísně řečeno, Vasimr není ani plazmový motor, protože generuje vysokoteplotní plazmu, která urychluje v trysce záběry - v důsledku plynových dynamických účinků a bez elektřiny.

Plyn je dodáván přes tlakovou trubku 1, která je nejprve zahřátá a mírně ionizovaná mikrovlnným zářením z 3. Pak se plazmový proud, izolovaný ze stěn magnetického pole cívek 4, je dále zahříván anténou 5, která emituje Rádiová vlna na cyklotronové frekvenci (to je frekvence frekvence otáčení elektronů kolem limitu napájení podélného magnetického pole). Taková rezonanční vytápění zvyšuje plazmovou teplotu na miliony stupňů, po které vyprší do magnetické trysky zápatí 6. Ten chrání stěny z kontaktu s horkou plazmou a převádí energii tepelného pohybu iontů do energie pohybu plynového proudu. VESIMR v podstatě umožňuje získat velmi horkou, vysoce ionizovanou plazmu mikrovlnným vytápěním. Plazmové zrychlení se vyskytuje zcela podobně jako plyn proud na výstupu obyčejného raketového motoru. Hořící chemické palivo taková plazmová teplota nelze získat, ale na úkor jaderného výbuchu lze provést. Výsledky přípravku Vasimr ukazují určitý pokrok, ale jsou stále nekonečně daleko od potřeb mezihvězdných expedic a jasně nemají vyhlídky na vývoj v tomto směru. Pokud jde o specifický impuls, Vasimr je krok zpět.

Východnívydržet: http://spaceflight.nasa.gov/shuttle/support/researching/aspl/images/vasimr.jpg.

Je tu další, relativně nový koncept plazmového motoru - MPD Three, s nimiž vysoké naděje se spolupracovníkem. Myšlenka je následující. Mezi anodou a katodou je vytvořen plazmový výtok, takže odpovídající elektrický proud indukuje prstencové magnetické pole. Lorentzova síla působí na pohybujících se proudových poplatcích, odchyluje některé z nich v podélném směru. Takže existuje vypršení pravé "spojky plazmy, která vytváří trakční push. Motor pracuje v režimu pulsu, protože Mezi vypouštěními pro akumulaci náboje na elektrodách jsou zapotřebí krátké pauzy.

MPD - Three nepotřebuje oddělení vícerozměrných nábojů, protože ve výtlačném proudu se pohybují v čítači a proto mají Lorentzovy síly stejné směry. Teoreticky má tento koncept vynikající indikátory proti jiným plazmovým motorům, protože může rozvíjet kilogramy trakce. Magnetické pole v zásadě však nemůže urychlit elektrické poplatky, protože Lorentzova výkonová činí kolmo k rychlosti nabíjení, a proto nemění svou kinetickou energii. MPD - Thread pouze vychýlí směr pohybu nábojů, takže plazma zhroutí ven v podélném směru. Ale aby proud mezi anodou a katodou bude muset strávit spoustu elektrické energie k vytvoření tahu. V každém případě není spotřebovaná elektrická energie nižší než síla plazmového paprsku. S konkrétním impulsem ~ 1 000 km / s a \u200b\u200b100 kg bude spotřeba energie stovky megawattů, což je téměř nemožné generovat ve vesmíru. Ale i s takovými teoreticky teoreticky teoreticky, MPD indikátory - thruster-a, vybavené lodí s čistou 100 tunem10.000 km / sec v 317 letech (!) S nereálnou výchozí hmotností 2 200 000 tun. Kromě toho je nemožné si představit spotřebu milionů tun plynu v motoru přenášet silné elektrické vypouštění přes něj. Zřejmě, žádné elektrody nebudou zabránit takovým tepelným a chemickým zatíženímna.

Schematický diagram MPD - Thread,

Žádost o nadaci pro slibné studie byla žádost o vědecká a technická rada NGO Energomash a NIC Kurchatov institutu. Aplikace je věnována implementaci poměrně ambiciózního projektu, který vytvoří elektrodový plazmový raketový motor. Zkráceně bpd. Je definováno jasné složení práce, která umožňuje vzorku motorového laboratoře motoru.

V podstatě ERD (elektrický raketový motor) je elektromotor, ve kterém může pracovní tekutina získat zrychlení ve speciálním stavu plazmy. Původní myšlenka plazmových motorů patří do sovětské fyziky Morozov A. I. Předložil ji do 60. let. Dnešní použití těchto motorů je udržovat stálé body z komunikačních satelitů.

Nová generace plazmových motorů, které budou dělat "Energomash", má kapacitu více než 100 kW. Mohou být použity pro některé geostacionární satelity. Tyto motory jsou vhodné pro lety, které jsou charakterizovány jako mezihvězdné.

Nedávné roky na světě je poznamenán několika vývojem plazmových motorů. Mohou být přičítány nové generaci. Jedná se o spirálový plazmový motor z evropské kosmické agentury, který spolupracuje s íránským kosmickou agenturou a australskou národní univerzitou. Je to také vývoj kanadských inženýrů a Američanů z reklamy raketové společnosti ASTRA. Motor US-Canadian má výkon 200 kW.

Zpráva "Roskosmos" uvádí, že mnoho možností pro moderní ERD se ukázaly jako z pozitivní strany. Mají vysoký impuls a nízký hmotný tok pracovní tekutiny. To již v blízké budoucnosti poslat kosmickou loď pro dlouhé trasy. Ale vyřešit problém malého tahu. Vážně omezuje schopnost překonat velké kosmické vzdálenosti. V současné době se EDD používá úpravou orbitů kosmické lodi relativně malé velikosti. Tento motor je obvykle výkon nepřesahuje 50 kW. V dráze blízké Země jsou tyto motory poháněny solárními panely.

Jedinečnost nejnovějšího ruského vývoje

Ruský elektrický plazmový raketový motor má nejvyšší energetickou účinnost. Je schopen praktikovat téměř jakoukoliv látku, která má být použita jako pracovní tekutina, změní hodnoty specifického impulsu. Jeho maximální výkonové parametry jsou omezeny na jediný výkon vysokofrekvenčního generátoru. Vzhledem k tomu, že omezení dopadu pracovní látky se konstrukčními prvky se odstraní, má podobný motor ve svém potenciálu obrovský pracovní zdroj.

Možnost implementace inovativních myšlenek, které jsou založeny na ruském vývoji, se objevila díky nedávným objevům v oblasti termonukleární syntézy. Ruské specialisté také vyspělé na cestě ke studiu technologií pro vysokoteplotní supravodiče a vysokofrekvenční generátory. Dnes vědci musí rozhodnout, jak optimalizovat plazmové procesy a vyvinout vysokofrekvenční generátor. Zlepšení je předmětem napájení a zejména jejich řízení. Pro zajištění řešení všech těchto komplexních inženýrských a vědeckých úkolů je nutné vytvořit experimentální a zkušební benchovou základnu.

Specialisté v Kurchatovském institutu pracují na plazmových motorech pro více než tucet let. "Design Bureau of Himavtomatics" Od roku 2010 studuje otázky EARD. Jejich účet má již magnetoplasmometrický motor, jehož výkon je 10 kW a výkonný (300 W) vysokofrekvenčního iontového motoru.