Motoare cu jet de plasmă. Motoare cu plasmă: mituri și realitate

Până în prezent, aproape toate navele spațiale au fost echipate cu motoare de martie de rachete pe combustibil chimic. În orice caz, pentru primele zboruri către Marte va folosi rachetele de același tip. Dar posibilitățile motoarelor pe chestii chimice sunt limitate semnificativ la energia reacțiilor redox. Toate rachetele moderne din recalculare pe unitate de combustibil combustibil creează nu prea multe pofte. Prin urmare, în zborul îndepărtat, de exemplu, la planetele externe ale sistemului solar, astăzi puteți trimite doar o mașină relativ ușoară. În plus, traiectoria unei astfel de nave este pavară, astfel încât pe drumul spre destinație să accelereze în câmpurile gravitaționale ale planetelor sau în sateliții lor. De aceea, pentru zborurile îndepărtate, o astfel de "ferestre" îngustă, intervale de timp cu o locație favorabilă a planetelor - nu într-un sens astrologic, ci în conformitate cu cerințele mecanicii cerești.
Astfel încât nava să poată depăși atracția pământească și să meargă la o călătorie în alte lumi, viteza sa ar trebui să depășească cea de-a doua Cosmică, 11,2 km / s. În practică, nava spațială se îndepărtează mai întâi într-o orbită apropiată, iar apoi este deja trimisă în spațiul deschis. Motorul de hidrogen-oxigen este capabil să crească viteza orbitală a vehiculului nu mai mult de zece kilometri pe secundă, motorul de pe un alt combustibil chimic este chiar mai mic. Astfel de viteze sunt suficiente chiar și pentru zbor la limitele sistemului solar, deși pe o traiectorie foarte extinsă (și cu utilizarea obligatorie a accelerației gravitaționale planetare). Și deși nava cu un motor tradițional va fi capabilă să obțină cea mai îndepărtată planetă, pentru acest lucru va fi nevoie de mulți ani.

Spațiile spațiale au fost mult timp echipate cu motoare cu plasmă. Acest tip de motor electric nu consumă deloc combustibil chimic, deoarece este prevăzut cu energie din baterii, generatoare de radioizotop sau panouri solare. Principalul avantaj al motorului cu plasmă este operația pe termen lung cu un debit relativ mic al fluidului de lucru. Cu toate acestea, în forma actuală, astfel de motoare dezvoltă o tracțiune foarte slabă, doar câteva grame. Prin urmare, ele sunt utilizate pentru a ajusta orbitele prin satelit sau pentru o accelerare lentă pe termen lung a dispozitivelor mici direct în spațiul cosmic.
Este un motor (designul a fost dezvoltat de Kaliningrad Okb "Torch"), construit de compania franceză Snecma Moteurs, în toamna anului 2003 a adus sonda europeană Smart-1 de la o orbită aproape de pământ, care în Februarie 2005 sa transformat într-un satelit artificial al Lunii. Ca fluid de lucru, în acest motor a fost utilizat plasmă Xenon. Ionii de xenoni overclockați în câmpurile electrice și magnetice au fost aruncate în spațiu și au creat o tracțiune reactivă. Motorul PPS-1350 a lucrat în spațiu de aproximativ 5000 de ore când tracțiunea în 7 g, isticivând 80 kg xenon în acest timp. În viitor, ESA își asumă să echipeze motoarele de acest tip stația automată Bepicolombo, destinată zborului către mercur, orbiter solar orbiter și detectorul spațial Lisa (antena spațială cu laser inter-fermei).
În comparație cu concurenții chimici, impulsul specific al motoarelor cu plasmă pare pur și simplu luxos. În PPS-1350, acest indicator este de 1640 ° C, motorul englez-10, orbitele corective ale sateliților de comunicații geostaționar, este aproape de două ori mai mult - aproximativ 3100 p. Debitul corpului cu plasmă este foarte mic, accelerația creată este mică și, prin urmare, setul de viteză apare încet. Cu toate acestea, chiar și cu astfel de posibilități modeste, motorul cu plasmă este capabil să conducă nava cu o orbită aproape de pământ și puțin la Grane pentru a-i oferi un câștig de viteză mult mai mare de 10 km / s, dar acest timp este necesar pur și simplu Buzz. Smart-1 pe motorul său Xenon a călătorit de la sol până la lună de aproape un an și jumătate, deoarece nu era "direct", ci pe spirala spirală.
Cu toate acestea, nu este chiar fără speranță. Dacă este folosit, a fost posibilă construirea unui motor cu același consum de corp de lucru, ca în rachetele chimice, dar cel puțin cu un impuls de două ori mai mare, situația ar fi îmbunătățită semnificativ. Un astfel de motor ar crește viteza orbitală a navei spațiale nu la 10 km / s și 20 km / s și chiar mai mult. Nava cu motoare similare ar depăși distanța de la sol la Saturn nu în șapte ani, ca sonda Cassini, și în doar trei ani. Din fericire, această sarcină devine solvabilă dacă în loc de "acceleratoarele" chimice sau electrice folosesc motoare cu rachete nucleare (curte). Ele sunt capabile să ofere parametrii de tracțiune destul de acceptabili și un impuls specific destul de ridicat, datorită ratei enorme de expirare a fluidului de lucru. Este foarte important ca soluțiile tehnice futuriste să nu fie necesare pentru a crea o curte, poate fi suficientă pentru tehnologiile existente.
Ideea de curte este simplă pentru prostie, așa cum a spus inginerul lui Garin despre hiperboloidul său. Sursa de energie este instalația nucleară, în care reacția diviziunii, sinteza sau chiar de anihilarea materiei și a antimateriei merge. Energia eliberată de reactor este direct sau prin etapele intermediare este transmisă fluidului de lucru, care la viteză mare este evacuată din duzele de rachete. Desigur, aceasta este doar o diagramă schematică. Toate celelalte - soluții tehnice deja specifice.

Dacă lăsați anihilarea și alte idei semi-infantastice din spatele scenei, atunci astăzi există două posibilități reale de curte de execuție. Unul dintre ele este răcirea reactorului cu o substanță volatilă, cea mai bună din toate cu hidrogen lichid, care după evaporare va trece prin duze și va crea o tracțiune reactivă. Acest design se numește o rachetă nucleară termică, TNR (rachetă nucleară termică). Când utilizați un reactor în uraniu sau plutoniu, pulsul specific al TNR ar trebui să fie de la 800 la 1100 de secunde. O altă posibilitate este echipamentul navei cu o mică centrală nucleară (centrală de energie nucleară), care produce curent pentru a alimenta motorul electric. Impulsul specific al acestui sistem poate fi majorat la 5000 s. Ca o centrală electrică, puteți utiliza un reactor termonuclear compact, dar în cel mai bun posibil va fi creat în 50 de ani.
Scriitorii de science și popularizatorii au vorbit despre rachete atomice în anii 30 ai secolului al XX-lea. Ca obiectiv practic realizabil, curtea a fost prima care sugerează Stanislav Ulam. Americanul de origine poloneză, absolvent al Institutului Politehnic Lviv, Ulam a fost un matematician extrem de puternic (el a venit cu metoda Monte Carlo), iar medicul-calculator (împreună cu Edward Teller a dezvoltat fundații teoretice ale designului bombei de hidrogen). În 1944, Ulam și colegul său Los Alamos Frederic de Hoffman au calculat mai întâi posibilitățile de aplicare a curții pentru zborurile spațiale. După 11 ani, Ulam și Cornelius Everett în raportul secret a fost propus să accelereze navele cosmice cu explozii nucleare cu putere redusă. Energia exploziei a fost cheltuită pentru evaporarea unui disc de la un solid situat între hrana navei și o încărcătură nucleară. Fluxul de plasmă care provoacă plasmă ar fi trebuit să fie reflectat din ecranul de alimentare și să împingă nava înainte.
Ideea lui Ulama și Everett a continuat pe baza proiectului Orion, care în 1958 Atomicii generale din California a început să lucreze, înainte de aceasta nu a făcut doar reactoarele comerciale nucleare. Sub această sarcină a alocat bani (cu toate acestea, nu prea mare) și pentagonul. Cazul nu a ajuns la explozii atomice, au fost testate doar diverse modele de discuri și ecrane. La început, participanții la proiect au fost efectuați de un astfel de optimism, ceea ce sperase serios să lanseze o navă atomică la Saturn nu mai târziu de 1970. Este curios că printre ei a fost unul dintre creatorii de electrodinamică cuantică, faimosul fizician teoretician Freimen Dyson. Dar la începutul anilor 1960, ministrul apărării Robert McNamara a ajuns la concluzia că această idee este nepromisă într-un plan militar. Și în 1963, URSS, SUA și Regatul Unit au convenit să interzică toate explozii nucleare, cu excepția subteranului. Ca rezultat, proiectul Orion a intrat într-o contradicție cu dreptul internațional și un an mai târziu a murit în liniște. Acesta îl costă, în general, nu atât de scump - doar 11 milioane de dolari.
În ceea ce privește Orion, este posibil să se ia în considerare TNR-urile pulsante, dincolo de nava spațială. Într-un alt proiect curios - Helios - trebuia să detoneze acuzațiile atomice nu afară și în interiorul navei, în camera sferică plină de apă din materialul rezistent la căldură. Perechile formate în timpul exploziilor ar fi trebuit să fie emise prin duze și aruncați racheta. Dar apoi, în Statele Unite, proiectul Nerva a lansat în 1956, proiectul Nerva (motorul nuclear al Nurva pentru aplicația vehiculului de rachetă), ale cărui obiective s-au schimbat de mai multe ori. În cele din urmă, sa decis să construim două nave curente cu șantiere, la începutul anilor 1980, vor livra 12 astronauți americani pe Marte și le-au întors înapoi pe Pământ. În timpul implementării acestui proiect, modelele reactoarelor nucleare experimentale KIVI, Phoebus, Pewee și NF-1 au fost testate cu grade diferite de succes. În 1968, a avut loc un test de banc de prototip al motorului de rachete viitoare xe cu o capacitate de 1.100 MW și deja va face o probă pentru testele de zbor. Cu toate acestea, în 1972, programul a fost închis, considerând că este prea scump și practic inutil într-un plan științific sau politic.
În ultimul trimestru al secolului al XX-lea, NASA nu a dezvoltat curtea. Departamentul de Apărărit al SUA a păstrat o anumită perioadă de timp spațială spațială, dar în 1992 a fost complet finanțare. Aproximativ zece ani în urmă, o mică firmă plus tehnologii ultra-tehnologii a anunțat proiectul Mitee Compact Yard, care a fost un moștenitor direct la programul Snap. Ea a propus să înceapă matricele cilindrice cu materiale de despicare foarte active, Uraniu-233 și Americiu-242 și pompate prin aceste tuburi hidrogen lichid. Calculele au arătat că gazul de evaporare a încălzit la 3000-35000, va zbura din duzele la o viteză mare. Sa presupus că racheta delta sau atlas ar retrage nava spațială la o orbită de 800 km, după care va fi posibil să începeți curtea și să zboare pe destinație - de exemplu, la Pluto. Designerii au susținut că o astfel de curte poate fi construită timp de 6-7 ani pentru doar 1 miliard de dolari și că impulsul specific al celei mai avansate variante ale motorului va fi de 1600 de secunde. Dar, deoarece NASA nu a manifestat un interes suficient, acest proiect există numai pe hârtie.

NASA sa întors la ideea de curte în 2003. Noul proiect a fost numit Prometheus. În prima etapă a implementării sale, evaluările experților ar trebui obținute prin crearea unui reactor compact pentru puterea noii generații de motoare cu planetă electrică. Într-un cuplu, el trebuie să dezvolte un heracle de motor de fier cu o încărcătură de 60 g cu un impuls specific de 7000 S, cu o resursă nu mai puțin de 7-10 ani. O grămadă de astfel de motoare poate accelera sonde de cercetare cântărind câteva tone la 80-90 km / s.
Nu cu mult timp în urmă, angajații din laboratorul de particule elementare ale Universității Pennsylvania au propus să utilizeze reactorul termonuclear pentru o curte, în care sinteza heliului este lansată folosind antimaterie! Combustibilul este o plasmă constând dintr-un helium de deuteriu și heliu-3 - izotopi radioactive. Când se îmbină aceste nuclee, s-au născut protoni și particule alfa, care au o energie kinetică totală destul de solidă egală cu 18,3 MeV. Pentru a porni sinteza termice, plasma trebuie să fie stoarse și de căldură pentru a efectua așa-numita starea Louuson. În reactorul ITER, această sarcină este rezolvată folosind câmpuri magnetice grele, pentru a crea echipamente voluminoase și o cantitate imensă de energie. Cu toate acestea, reacția poate fi aprinsă într-o cameră mică, saturarea plasmei de deuteriu-helium cu antiprotonii. La anihilarea lor, ar trebui să se nască undele de șoc, ceea ce va aștepta ca plasma la criteriul Louuson. Antiprotonii ar trebui să fie depozitate într-o capcană electromagnetică și se toarnă în reactor după cum este necesar. Caracteristicile de proiectare ale motorului sunt după cum urmează: o resursă - 22 de ani, un impuls specific - 61 000 de secunde, rata de accelerare finală a sondei cosmice este de aproximativ 1000 km / s, gama de zbor este mai mult de 1.500 de unități astronomice! Rămâne de adăugat la aceste figuri fantastice, poate doar unul: un timp rezonabil pentru transferul acestei idei la metal - nu mai devreme de 2050.

Motoare cu plasmă pentru Rusia

Meteor-10, descărcat pe 29 decembrie 1971 pe o orbită sincronă (care a făcut posibilă trecerea peste aceleași puncte ale suprafeței Pământului la anumite intervale de timp) a fost cea mai obișnuită meteorologie. Dar numai la prima vedere: La bord, în plus față de sistemul obișnuit de orientare, încă două motoare experimentale au stat. Unul dintre ei, numele zeului grec al vântului occidental - "Marshmallow", a lucrat timp de aproximativ o oră și nu a primit o dezvoltare ulterioară. Dar al doilea, numit după Domnul vânturilor, "EAE-1", dezvoltat de grupul de personal al SEE (Institutul de Energie Atomică) sub conducerea lui Alexei Ivanovich Morozov și torța Kaliningrad Okb, a pus începutul unui spațiu întreg Direcție - motoare cu plasmă.
Istoria motoarelor cu plasmă a început în 1950, când un absolvent al lui Fizfak MSU Alexei Morozova Patkom a distribuit să predea mecanica și ingineria electrică în școala tehnică a satului Fabrica Lyudinovo în sud-estul regiunii Kaluga. Motivul este simplu: tatăl lui Morozov a fost reprimat și nimeni nu a luat în considerare specializarea sa (teoria câmpului cuantic), nici cererile repetate ale liderului său științific - decanul arsenului de medic Aleksandrovich Sokolov - lăsați-l la departament. Profesorii de fizică în acei ani destul de des au cerut să se desfășoare cu prelegeri asupra energiei atomice, iar înghețurile nu au exceptat. În una din zilele din 1953, sa întors la Lyudinovo cu o prelegere similară în satul de flux negru. "La scurt timp înainte de a citi cartea lui Gudman despre fundamentele energiei nucleare. A existat o schemă de rachetă nucleară - a trecut gazul trecut prin zona activă și încălzit. Am fost lovită de cât de ineficientă acest design - pe de o parte, energia atomică, iar pe de altă parte, este doar o mașină de căldură! - își amintește Alexey Ivanovich. - Și în timp ce am mers la 12 km de-a lungul traverselor la Lyudinovo, mi-am amintit experimentele cu forța lui Ampere și Thomson, pe care i-am arătat studenți în școală și am avut o idee în capul meu - de ce nu overclock Corpul de lucru cu un câmp magnetic? Calculele teoretice au arătat că acest lucru este foarte posibil, iar Morozov a decis să efectueze un experiment. După ce a făcut o asbacker "cărămidă", el a forat o gaură încrucișată în ea. Într-unu, el a introdus două tije de cărbune din bateriile din diferite părți, iar partea din față și partea de jos a barei au plasat doi poli de un electromagnet puternic. În starea normală a plasmei, care se formează în procesul de ardere a arcului, cu o ușoară hiss a zburat pe ambele părți ale celei de-a doua gaura, dar merită să se întoarcă electromagnetul - și fluxul a început să bată într-un fel cu un zgomot teribil.

În 1955, Morozov a scris un articol "Cu privire la posibilitatea creării motoarelor electrice de plasmă", dar supraveghetorul său, le-a citit, a dat un sfat bun: "Acest articol este imediat înclinat. Este mai bine să schimbați numele la ceva mai neutru. " Ca rezultat, articolul a fost publicat sub numele de "despre accelerarea plasmei de un câmp magnetic" în jetp (revista fizicii experimentale și teoretice). Șeful departamentului de studii plasmatice IAE Lev Artzimovich a fost revizuit. Teoria expusă în articolul Morozov, și-a găsit mai târziu reflecția în articolul din Arzimovici despre feroviar (numai în Morozov, câmpul magnetic a fost permanent, iar Arzimovici este electrodinamic). Publicația a provocat o mare rezonanță în rândul specialiștilor, chiar au discutat-o \u200b\u200bde două ori la o întâlnire a societății fizice americane.
În 1955, Morozov a apărat teza și în 1957 a fost invitat să lucreze în IEE. Până la sfârșitul anilor 1950, succesele URSS în spațiu au inspirat designerii să se transforme în mai multe proiecte spațiale la scară largă. De asemenea, a fost planificată să zboare spre Marte și, prin urmare, la 2 iulie 1959, Lev Artzimovich a convocat angajații la întâlnire. Subiectul discuției a fost posibilitatea construirii motoarelor pentru nava marțiană. Artsimovich a propus pentru un astfel de sistem următoarele caracteristici: forța este de aproximativ 10 kgf, rata de expirare de 100 km / s cu puterea motorului de 10 MW. Personalul SEE a oferit mai multe proiecte: un motor cu puls de plasmă (am Andrianov), un analog magnetic și plasmatic al duzei navale (AI Morozov) și motorul bazat pe sursa de ioni cu o singură skate, aproape la fel ca cea utilizată pentru separarea electromagnetică Isotopii (Paul Matveyeevich Morozov, SinglePopletele Alexei Ivanovici).
Apropo, toate aceste proiecte într-o formă sau altul au fost ulterior implementate. Plasma-eroziune (opțiunea de impuls) Motorul Andrianova este în mod semnificativ mai mic de putere, a fost montat pe unul dintre sateliți și a fost crescut în spațiu în 1964, iar motorul ionicului P.M. Morozova sub numele de "Marshmallow" (de asemenea, cu putere scăzută) stătea pe acel satelit "Meteor-10". Experimente cu un analog magnetic al unui picior de subsol cu \u200b\u200bun corp central (dezvoltatorii înșiși l-au numit "coaxial") din 1960, dar schema sa dovedit a fi dificilă și a fost construită doar în 1980 de eforturile comune ale IEE, Institutul Kharkov de Fizică și Tehnologie, Trinity și Institutul de Fizică Belarus. Puterea acestui monstru a fost de 10 GW!
Cu toate acestea, aceste proiecte nu au fost potrivite pentru programul marțian pentru un singur motiv simplu: designerii nu au avut sursele de alimentare cu putere adecvată. Această problemă este relevantă și acum: maximul la care puteți conta, acestea sunt zeci de kilowați. Era necesar să se mute la o scară superficială. George Grodzovski (Tsagi) Unul dintre primii care construiesc motoare cu planetă electrică cu putere redusă în țara noastră. Din 1959, motoarele lui Ion au fost testate în spațiu (deși, nu pe sateliți, ci pe rachete balistice). În 1957, M.S. Ioffe și e.e. Yushmanov a început să cerceteze capcane de plasmă magnetice (așa-numitele CORK). Pentru al umple cu plasmă fierbinte (10 milioane de grade), au folosit accelerarea ionilor în câmpurile electrice și magnetice încrucișate. Această lucrare a servit ca bază pentru crearea unui număr de motoare cu plasmă. În 1962, Alexey Morozov și-a propus designul motorului cu plasmă de putere redusă, numit SPD (motor plasmatică staționar). O caracteristică fundamentală importantă a SPD a fost că amploarea câmpului magnetic a crescut la felia canalului de motor - a asigurat crearea în plasmă a câmpului electric de volum. Întreaga idee a motorului a fost construită pe existența unui astfel de domeniu.

"Pentru prima dată, posibilitatea existenței unor câmpuri electrice în vrac în plasmă a subliniat în 1910, Townsend, cu toate acestea, timp de 50 de ani, o încercare de a crea un astfel de domeniu nu a reușit. La acea vreme, sa crezut că, deoarece plasma era un dirijor - este imposibil să se creeze un câmp în el. De fapt, creați un câmp electric în vrac într-o plasmă fără un câmp magnetic este cu adevărat imposibil - este ecranat din cauza electronilor liberi. Dar, în prezența unui câmp magnetic care afectează mișcarea electronilor, pot exista câmpurile electrice volumetrice din plasmă. Grupul A.I. Morozova a început să se angajeze în SPD în 1962. Timp de aproape cinci ani, motorul a existat în versiunea de laborator - în 1967, modelul era încă echipat cu răcite cu apă. Este timpul să începem pentru testele de zbor și spațiu, dar în acest stadiu dezvoltatorii s-au confruntat cu o problemă neașteptată. Designerii navelor spațiale au refuzat categoric să pună ceva electric la bord! Directorul Academician ADEA ALEXANDROV de mai multe ori sa întâlnit cu designerii diferitelor nave spațiale și, în cele din urmă, a reușit să negocieze cu Josefian, designerul-șef al sateliților din seria Meteor.
Cu toate acestea, problemele nu s-au încheiat. În 1969, Iosifiana a emis un grup de dezvoltatori o sarcină tehnică, conform căreia trebuiau să nu facă motorul în sine, ci toată instalarea, inclusiv sistemul de alimentare, oferta de xenon etc. În același timp, a fost necesar să se pună într-un cadru foarte rigid: o împingere 2 GS, eficiența 30-40%, consumul de energie 400 W, o masă de 15 kg, o resursă de 100 de ore. Și toate acestea au fost necesare pentru a face în 5 luni! Grupul lui Morozova a lucrat literalmente zi și noapte, dar gestionat. Fabricarea aceleiași instalări a motorului a fost încărcată de "Torța" Kaliningrad Okb, a cărui director a fost la acel moment un constructor talentat Roald Starcca. La câteva zile după lansarea meteorului, au început experimente cu motoare. "EOL-1" a fost instalat pe satelit în așa fel încât axa tracțiunii sale nu a trecut prin centrul masei dispozitivului. Când motorul este pornit, au apărut un cuplu, care ar putea fi compensat de sistemul de orientare, în timp ce acesta a servit și ca un metru de tracțiune EAOL.
Pentru experiment, nu numai creatorii motorului, ci și sceptici, care erau suficienți. "EOL-1" a trebuit să funcționeze doar câteva minute, apoi se oprește automat (designerii se temeau că jetul de plasmă ar bloca semnalul radio). Motorul a fost oprit și oprit. După radioontrolul orbitei, sa dovedit că rezultatele corespund exact datelor de laborator. Adevărat, scepticii nu s-au calmat și au prezentat ipoteza că schimbarea orbitei a fost cauzată de expirarea obișnuită a gazului printr-o supapă deschisă. Dar această ipoteză nu a fost confirmată: După a doua includere a echipei de la sol, motorul a lucrat încă 170 de ore, ridicând orbita meteor-10 cu 15 km. Torch Okb perfect a fost coped cu sarcina lui: resursa a fost depășită aproape de două ori.

La începutul anilor 1980, torța începe să producă în mod serios motoarele SPD-70 - descendenți ai "Esol". Primul satelit cu acest motor, Geyser No. 1 a fost lansat în 1982, iar în 1994 noul model SPD-100 a fost echipat cu satelit de comunicare Gals-1. Cu toate acestea, deși mesajul despre testul de succes al motorului cu plasmă "EOL" în 1974 a fost publicat perfect în revista "Studii spațiale", designerii străini considerați SPD doar o dezvoltare teoretică interesantă. Prin urmare, o demonstrație a reprezentanților NASA și JPL în 1991, motoarele "tortă" și mesajul că sateliții seriali sunt asemănători cu cele echipate, le-au provocat un adevărat șoc (americanii au mers mai ales de-a lungul modului de dezvoltare a motoarelor ionice). Nu este surprinzător faptul că "torța" este acum considerată în lume, producătorul principal al motoarelor cu plasmă electrică. "La fiecare al treilea satelit rusesc există motorul nostru, iar trei dintre cei mai mari cinci producători occidentali de nave spațiale sunt cumpărate de la US SPD", a declarat Vyacheslav Mikhailovich Murashko, director și designer general. - Ei, de exemplu, echipați cu sateliți MBSAT-1, INTELSAT-X-02, INMARSAT-4F1. Trimiterea satelitului SMART-1 la Lună, Agenția Spațială Europeană a ales-o ca motoare PPS-1350 Plasma, dezvoltarea comună a companiei franceze Snecma Moteurs, Torch Okb și Mirea.
Ce ne așteaptă în viitorul apropiat? În anii 1980, grupul din Miera a dezvoltat următorul motor de generație, ATON SPD. Diferența fasciculului de plasmă în SPD-100 este de +/- 45 grade, eficiență - 50% și caracteristicile SPD corespunzătoare ale Athon +/- 15 grade și 65%! Nu este încă în cerere, ca și celălalt motor, SPD cu două etape cu o geometrie de câmp modificat - constructori sunt încă mai ușor decât SPD-100. Spațiul îndepărtat necesită motoare cu o scară de 10-100 kW sau chiar MW. Astfel de evoluții sunt deja acolo - în 1976, o capacitate de 30 kW a fost făcută în IEE și "Torch" la sfârșitul anilor 1980 dezvoltați SPD-290 cu o capacitate de 25 kW pentru spațiul de remorcher "Hercules". În orice caz, se construiește teoria acestor motoare, în consecință, în cadrul schemei Classic SPD, este destul de realist să aducem puterea de până la 300 kW. Și apoi ar trebui să meargă la alte modele. De exemplu, la un accelerator de două litri pe hidrogen, dezvoltat în IEE la sfârșitul anilor 1970. Această mașină a avut o putere de 5 MW și rata de expirare de 1000 km / s. În orice caz, motoarele cu plasmă vor sta pe navele interplanetare.

Descărcarea dintre anoduri și catodul în motorul cu plasmă

Berkant Göksel / Universitatea Tehnică din Berlin

Cercetătorii de la Universitatea Tehnică din Berlin au dezvoltat și au experimentat o nouă versiune a motorului cu plasmă capabilă, spre deosebire de alte prototipuri, funcționează la o presiune normală și nu scăzută, atmosferică. Lucrarea oamenilor de știință este publicată în Jurnalul de Fizică: Seria de conferințe, și declarația sa scurtă Un om de știință nou.. Noua centrală electrică se referă la tipul de motoare de magnetoplasmometrie, care pot fi utilizate pe o varietate de clase de aeronave.

Motorul cu plasmă este un tip de rachetă electrică. În aceasta, organismul de lucru dobândește accelerarea în timp ce în statul de plasmă. Dezvoltarea unor astfel de instalații cu un succes diferit este efectuată de diverse organizații de cercetare din anii 1950. În special, primul prototip de lucru al motorului cu plasmă a fost creat și testat de Centrul de Cercetare Lewis (acum Centrul de Cercetare Glenn) în 1961.

În motorul cu plasmă, gazul este alimentat în zona inelului de lucru, partea exterioară a cărei reprezentau anodul și interiorul, situat mai aproape de ieșire - catodul. La trimiterea tensiunii permanente asupra anodului și catodul de tensiune constantă la sute de volți, se produce o descărcare de ionizare în zona de lucru și se formează plasma. Apoi, această plasmă sub acțiunea puterii lui Lorentz începe să se îndrepte spre ieșirea din zona de lucru, creând pofte. Pentru funcționarea motorului cu plasmă necesită o cantitate mare de energie.

Potrivit dezvoltatorilor, motorul lor de magnetoplasmometrie conform propriului său tracțiune, depășește semnificativ prototipurile care au existat până acum. Prototipul testat, fiind scalat la dimensiunile unui motor de aviație obișnuit, așa cum sa menționat, va fi capabil să dezvolte pofte de la 50 la 150 kgonite în funcție de tensiunea furnizată. Prototipul testat este o instalare de 80 de milimetri și un diametru de 14 milimetri.

Prototipul motorului cu plasmă constă din șase anozi de cupru situate în jurul catodului de cupru la o distanță de două milimetri. Sfârșitul catodului se face sub forma unui con. În timpul testării, cercetătorii printr-un generator de impulsuri de înaltă tensiune de înaltă frecvență au fost furnizate la o tensiune de anod și catod până la 16 kilovolici. Tensiunea de alimentare depinde de încărcarea condensatoarelor înainte de generator. Condensatoare au fost încărcate 300, 400 și 500 de volți.

Când tensiunea este furnizată la anod și catod, impulsurile dintre ele au evacuări cu o frecvență de 3,5 kilohertzi. Datorită lor în motor și plasmă formată. Faptul că centrala electrică este capabilă să emită o poftă vizibilă, cercetătorii au verificat cu un pendul cu o lungime de 55 milimetri și cântărind 15 grame. În funcție de anodurile supuse anodurilor și catodului, abaterea pendulului din duza a variat de la cinci la 25 de grade.

Cercetatorii cred ca in viitor, astfel de motoare de magnetoplasmometrie pot fi instalate pe avioane, iar centralele electrice vor lucra efectiv in toate etapele: 50 mii de metri de decolare. În același timp, cercetătorii notează că motoarele cu plasmă au nevoie de o cantitate mare de energie, ceea ce nu este posibil cu ajutorul bateriilor. Dezvoltatorii cred că noile motoare cu plasmă vor fi solicitate atunci când sunt create reactoare termonucleare compacte.

Trebuie remarcat faptul că motoarele cu rachete electrice există și chiar folosite pe sateliți. Ele creează o poftă relativ mică și, prin urmare, potrivită pentru utilizare numai în spațiu. Motoarele cu rachete electrice (tip de ioni) se referă, în special, motorul sălii, instalat pe unele modele prin satelit. Teste ale versiunii modernizate a Sala Sala americanilor pe drone orbitală.

Motorul Hall este un tip de motor ion, totuși, diferă de ultimul flux de fluid mai mare și mai puțin de lucru. Xenon este folosit ca un fluid de lucru în centrala electrică. Centrala electrică este o cameră inelară situată între anod și catod. Acesta servește un fluid de lucru care este ionizat cu un catod și un anod și accelerează câmpul electrostatic în direcția axială.

Vasily Sychev.

Cu siguranta, fiecare persoana va fi de acord ca spatiul este manitiv. Și este deja investigat! Asta e foarte lent. Deoarece este extrem de dificil să creați o navă spațială care ar putea depăși rapid impresionantul, a calculat sute de mii de kilometri de distanță.

Toată esența în combustibil! Nu este infinit. Avem nevoie de agregate moderne cu un alt principiu de lucru și mai puternic. Da, există motoare cu rachete nucleare (curte). Dar limita maximă este de 100 km / s. În plus, corpul lor de lucru este încălzit într-un reactor nuclear.

Dar motoarele cu plasmă sunt o perspectivă care merită atenție.

Scurtă excursie la fizică

În primul rând, merită remarcat faptul că orice motor cu rachete se caracterizează prin aruncare din duza unei plasme slab ionizate. Indiferent de tipul său. Dar "clasic", motoarele cu plasmă reale sunt cele care accelerează plasma datorită forțelor electromagnetice care au un impact asupra particulelor încărcate.

Procesul este complex. Orice câmp electric care accelerează în plasma de încărcare oferă electroni și ioni egali cu impulsurile totale ale modulului. Pentru a intra în aceste detalii este opțională. Este suficient să știți că impulsul este amploarea mișcării mecanice a corpului.

Deoarece plasma este neutră din punct de vedere electric, atunci suma tuturor taxelor pozitive este egală cu modulul sumei negative. Există o anumită perioadă de timp - este infinit de mică. Pentru aceste, multe cazuri, toți ionii pozitivi primesc un impuls puternic. Același lucru este în direcția opusă - la negativ. Ce se întâmplă? Impulsul total este în cele din urmă zero. Deci, împingerea nu apare.

O astfel de concluzie: Pentru "overclocking" electric a plasmei, este necesar să se separe taxele variame. Pozitiv se va accelera atunci când negativul este derivat din zona de acțiune. Este dificil de făcut acest lucru, deoarece forțele de coulomb de atracție restabilește echilibrul electric, apariția dintre cheagurile încărcate în plasmă.

Și cum ați reușit să implementați acest principiu de lucru în motorul cu rachete plasmatice? Datorită câmpurilor magnetice și electrostatice. Numai în al doilea caz, unitatea este denumită în mod tradițional ionică, iar în primul - este plasmă.

Conceptul din anii '60

Aproximativ cincizeci de ani în urmă, fizicianul sovietic Alexey Ivanovich Morozov a propus conceptul unui motor cu rachete plasmatice. A fost experimentat cu succes în anii '70.

În ea, un câmp magnetic radial a fost folosit pentru a împărți acuzațiile notorii. Se pare că electronii conduși de efectele puterii lui Lorentz par a fi pe helix la liniile electrice ale câmpului magnetic, care "scoate" din plasmă.

Ce se întâmplă? Ioni masivi trec în mod inerțial câmpul magnetic prin obținerea accelerației în direcția longitudinală a câmpului electric.

Da, această schemă are avantaje față de cea implementată în motoarele cu plasmă-ion, dar există un minus. Ea nu permite să obțină o forță mai mare, care se reflectă la viteză.

Este calea către stele reale?

Au fost multe speranțe pe motoarele cu rachete cu plasmă. Cu toate acestea, indiferent de inovatoare, par să zboare spre corpurile celeste îndepărtate într-o viață umană nu pot oferi.

Pentru a da aparatului suficientă impuls de tracțiune (și acest lucru este de cel puțin 10.000.000 m / s), trebuie să creați un câmp magnetic al unei puteri nerealizate de 10.000 Tesla. Acest lucru este posibil numai cu ajutorul generatoarelor explosagnetice a.D. Sakharov și alte dispozitive moderne care lucrează pe același principiu.

Dar din nou, astfel de câmpuri puternice există în întregul segment temporar catastrofal, măsurat în microsecunde. Pentru a obține un rezultat mai bun, ar trebui să utilizeze energia unei explozii nucleare cu forța în 10 CT. Pentru referință - consecințele unui astfel de "fenomen" sunt exprimate într-un diametru de 4 kilometru al unui nor, cu o înălțime de 2 km. Și "ciuperca" și la toate atinge până la 7 km.

Deci, cu masa navei în 100 de tone, ar fi nevoie de un milion de astfel de impulsuri. Și acest lucru este doar să-și mărească viteza cu 100 de kilometri pe secundă! În plus, dacă taxele nu ar trebui să ia la bord. În probabilități, acestea ar putea fi plasate în spațiul cosmic pe secțiunea de overclocking.

Dar un milion de bombe nucleare? Nerealist. Acestea sunt mii de tone de plutonium! Și din întreaga sa lungime a existenței armelor nucleare, au fost produse un pic mai mult de 300 de tone. Deci, motorul cu rachete plasmatice cu principiul muncii pe baza separării magnetice a încărcăturilor, calea către stelele îndepărtate nu va oferi.

Motorul Hall.

Aceasta este o opțiune a unei unități de plasmă, pentru care nu există restricții care sunt impuse unei taxe de volum. Absența lor oferă o densitate mai mare de împingere. Aceasta înseamnă că motorul cu plasmă Hall poate crește viteza navei spațiale, dacă este comparată, de exemplu, cu o unitate ionică de aceeași dimensiune.

Aparatul se bazează pe efectul fizicianului american Edwin Hall în 1879. A demonstrat cum în dirijor cu un câmp magnetic și electric reciproc perpendicular format electric. Și în direcția că ambii sunt perpendiculari cu ei.

Pur și simplu puneți, în plasmă, plasma agregată este formată din încărcarea între anod (+) și catodul (-). Acțiunea este simplă - cifra separă electronii din atomi neutri.

Este demn de remarcat faptul că aproximativ 200 de sateliți cu motoare cu plasmă Hall axat pe orbitele apropiate. Pentru nave spațiale, puterea sa este suficientă. Apropo, a fost un astfel de agregat care a fost folosit de Agenția Spațială Europeană în scopul accelerării economice a Smart-1 - prima sa stație automată pentru studiul lunii.

AIPD.

Acum puteți vorbi despre motoarele cu plasmă impuls de ablație (APD). Acestea sunt potrivite pentru utilizarea în nave spațiale mici, care au un bun spectru de funcționalitate. Pentru expansiunea sa, este necesară o unitate foarte eficientă de dimensiuni mici, capabile să corecteze și să mențină orbita. AIPD - un aparat promițător cu o serie de avantaje la care pot fi atribuite:

• Disponibilitatea permanentă pentru muncă.
• Resursă impresionantă.
• Inerție minimă.
• Capacitatea de a doza cu acuratețe impulsul.
• Nici un impuls de impuls.
• Dependența de împingerea consumului de energie.

Motoarele cu plasmă Pulse de acest tip sunt studiate în detaliu. Cercetătorii, desigur, au apărut probleme. În special, cu menținerea funcționării pe termen lung a unității, obstacolul pentru care este de a carbona pe suprafață.

Ca parte a unuia dintre studiile privind studiul AIPD, sa constatat că această unitate arde descărcarea principală la ieșirea canalului. Și aceasta este o caracteristică caracteristică pentru motoare mult mai impresionantă energie.

Un exemplu de instalare a satelitului AIPD - Pământ Observer 1. Dar nu poate fi aplicat motorului de corecție ICA, deoarece consumă prea multă energie (60 W). În plus, are un impuls total scăzut.

Motor staționar

Despre această invenție, de asemenea, merită să spuneți câteva cuvinte. Motorul plasmatic staționar are o caracteristică sub forma unei puteri generate și a unei compactări generate.

Acesta poate fi utilizat în tehnologia spațială ca un organism executiv al unei instalații electrice. Sau în cadrul cercetării științifice. Cu această invenție, fluxurile plasmatice direcționale sunt destul de realizate.

În esență, un astfel de motor cu plasmă este un magnetron, utilizat pe scară largă în industrie. La rândul său, este un dispozitiv tehnologic, cu ajutorul căruia se aplică filme subtile de film substratului cu pulverizarea catodică a țintei în plasmă. Dar nu trebuie să fii confundat de acest dispozitiv cu vid magnetronic. Acestea efectuează o funcție complet diferită - generarea oscilațiilor cu microunde.

Din 1995, motoarele plasmatice staționare sunt implicate în sistemele de corecție ale unei serii de ka geostaționari conectat. Apoi, începând cu anul 2003, aceste dispozitive au început să se aplice în sateliți geostaționari străini. Până la începutul anului 2012, motorul 352 a fost deja instalat pe dispozitivele care au intrat în spațiul deschis.

MPD-pulver.

Acesta este un alt concept al unei unități de plasmă. Multe speranțe pentru tehnologiile spațiale sunt legate de ea.

Care este ideea? Se creează o încărcătură plasmatică între catod și anod, ceea ce contribuie la inducerea unui câmp magnetic inelar. Forța Lorentz intră în acțiune, cu care câmpul afectează încărcarea în mișcare a curentului, ca urmare a căreia părțile lor sunt deflectate în direcția longitudinală. Ca rezultat, există o grămadă de plasmă, expiră "spre dreapta". Este cel care formează o împingere a tracțiunii.

Acest motor funcționează într-un mod de impuls, deoarece sunt necesare pauze pe termen scurt - încărcarea pe electrozii este salvată.

Ce este promițătoare MPD-YEAR? Funcționează fără separarea taxelor de varietăți. Deoarece se mișcă în curentul de încărcare. Aceasta înseamnă că forțele lui Lorentz au o direcție identică.

În teoria acestui concept, indicatori foarte remarcabili. El poate dezvolta o poftă impresionantă. Dar există și nuanțele. Câmpul magnetic nu este dizolvat prin "accelerația" încărcăturilor electrice. Toate datorită faptului că puterea lui Lorentz are un impact perpendicular pe viteza lor. Aceasta este, nu modifică indicatorii cinetici. MPD-Drester modifică numai instrucțiunile prin care sunt urmate taxele pentru ca plasma să zboare longitudinal.

În mod ideal, curentul dintre catod și anod ar trebui să fie mai dens. Este necesar să se creeze împingere. Și necesită costuri ridicate ale energiei electrice. Care, totuși, nu este inferior puterii jetului de plasmă.

Dacă impulsul specific este de 1000 de kilometri pe secundă, iar forța este de 100 kg, atunci sute de megawați vor fi luați la consum. Care este practic imposibil de generat în spațiu. Chiar dacă permiteți o astfel de probabilitate, nava cu Drester MPD, având o greutate netă de 100 de tone, se va întoarce până la marca de 10.000 km / s. Doar pentru 317 de ani! Și aceasta este o greutate ieftină de început astronomică, care reprezintă 2,2 milioane de tone.

Cu astfel de indicatori este chiar imposibil să se prezinte consumul de gaze în unitatea care depășește taxele electronice. Și nu trebuie efectuate calcule pentru a înțelege - nici un electrozi sunt capabili să reziste la astfel de sarcini chimice și termice grele.

Aparate cuantum Emdrive.

Aceasta este invenția lui Roger Schjury din Marea Britanie, peste care întreaga comunitate științifică internațională a râs aproape deschis. De ce? Deoarece motorul cu plasmă cu vid cuantum a fost considerat imposibil. Pentru ca principiul său contrazice legile care sunt fundamentul fizicii!

Dar, așa cum sa dovedit, acest motor de spațiu cu plasmă funcționează și destul de reușit! Aflați acest fapt gestionat în timpul testelor NASA.

Unitatea este simplă în proiectarea sa. Împingeți este creată prin oscilații cu microunde în jurul recipientului de vid. Iar energia electrică necesară pentru a le dezvolta este extrasă din lumina soarelui. În limbajul simplu - motorul nu necesită utilizarea combustibilului și poate funcționa dacă nu pentru totdeauna, atunci cel puțin până la momentul spargerii.

Testerele au fost șocate. Motorul a fost testat de un ghid de știință Guido Fetta și o echipă de la NASA EagleWorks, a condus Harold White - specialiști din centrul spațial. Lyndon Johnson. După un studiu detaliat al invenției, a fost publicat un articol în care testele au asigurat cititorii - dispozitivul funcționează și creează cu succes o poftă, să fie o contradicție inexplicabilă a legii impulsului de conservare.

Și totuși oamenii de știință au declarat că această unitate implică interacțiunea cu așa-numitul vacuum cuantum de plasmă virtuală.

Problema separării efective a taxelor

Multe fizici sunt pesimiste asigură - ea este nerezolvată. Există proiecte avansate în care se dezvoltă unități plasmatice inovatoare cu o capacitate de 5 MW și un impuls de 1000 km / s. Cu toate acestea, tracțiunea lor rămâne prea mică pentru a depăși distanțele mari.

Dezvoltatorii înțeleg această problemă și caută alte abordări. Unul dintre cele mai promițătoare proiecte din timpul nostru este Vasimr. Impulsul său specific este de 50 km / s., Iar împinsul este de 6 Newtons. Acesta este doar vasimr este, de fapt, unitatea de plasmă nu este. Deoarece produce plasmă la temperatură înaltă. Este nevoie de overclocking în duza fotbalului - fără utilizarea energiei electrice, numai datorită efectelor gazo-dinamice. Iar plasma este accelerată în același mod ca și jetul de gaz câștigând viteza la ieșirea de la unitatea de rachetă familiară.

Concluzie

În concluzie aș dori să spun că nici un motor plasmatic pentru nave spațiale de la existente în timpul nostru nu este capabil să livreze racheta chiar și la cele mai apropiate stele. Acest lucru se aplică atât la aparatele dovedite experimental, cât și la teoretic calculate.

Mulți oameni de știință ajung la o concluzie pesimistă - decalajul dintre planeta noastră și stelele irezistibile fatal. Chiar și la sistemul Alpha Centauri, unele componente ale căruia sunt vizibile cu ochii neînarmați de la sol, iar distanța este de 39,9 trilioane de kilometri. Chiar și pe navele spațiale capabile să se miște la viteza luminii, depășirea acestei distanțe ar fi de aproximativ 4,2-4,3 ani.

Astfel, agregatele plasmatice ale steloturilor sunt, este mai probabil ca ficțiunea științifică. Dar nu înseamnă semnificația lor! Ele sunt folosite ca manevre, orbite auxiliare și corective ale motoarelor. Prin urmare, invenția este destul de achitată.

Dar o unitate de puls nuclear care utilizează energia exploziilor, are un potențial de dezvoltare probabil. În orice caz, cel puțin teoretic, trimiterea unei sonde automate la cel mai apropiat sistem de stele este posibilă.

Motoare cu plasmă: mit și realitate

Blestem Tsiolkovsky.

Problemă extrem de complexă de a crea o navă spațială capabilă de un timp rezonabil (comparabil cu viața umană) pentru a depăși distanțele interstelare, datorită paradigmei rachetei tradiționale. Care transportă la bordul de combustibil și, ca rezultat, cheltuiesc la accelerația sa aproape toată energia extrasă din combustibil! Exprimarea matematică a acestui blestem este așa-numita. Formula Tsiolkovsky, rezultată din conservarea impulsului:

Nu ia în considerare costul combustibilului pentru ridicarea de la sol și introducerea orbitei în cazul în care accelerarea începe la viteza de croazieră. Cu toate acestea, este evident că, înainte de a merge la o călătorie îndepărtată, nava va fi asamblată din module pe o orbită apropiată de pământ sau arogant.

Ion motor.

N. Și astăzi, nu există nicio idee clară despre modul în care nava spațială va depăși într-o zi linia de viteză de 10.000 km / legături. Este de aproximativ 130 de ani de zbor până la cel mai apropiat sistem de stele de alfa Centauro. Nu are sens să ia în considerare fanteziile fără fructe ca o navă de navă fotonică. Împingeți-mă ideea de a folosi pentru a crea o împingere a fotonului cu nesemnificativul lor în comparație cu pulsul de energie! Ca o posibilitate reală, un motor este considerat folosind energia sintezei termonucleare. Cu toate acestea, metodele propuse de sinteză la scară mică, reduse la aprinderea comprimatelor din razele de deuteriu + Helium-3 de lasere sau grinzi de ioni / electroni, nu este niciodată implementată la bordul vasului spațial. Speranța pentru Sunny Saless fără speranță, pentru că Ca îndepărtarea de la soare, tracțiunea lor tinde la zero. Cu navigație sălbatică în 1000 de metri pătrați. Km și masa fantastică a mașinii cu o navă în 1 tonă, un an va fi finalizată în 107,7 miliarde km, iar viteza barcăi va ajunge la 1714 km / s. Și aceasta este o limită practică, deoarece chiar și 700 de ani de zbor, când dispozitivul ajunge la sistemul de alfa-centare, viteza nu va depăși1715 km / s. Proiectele semi-uscare ale velelor în mărime cu Europa, care sunt conduse de milioane de lasere de pe Lună, demonstrează în mod clar impotența ideilor unei barci de navigație spațiale. Deși pentru zborurile din sistemul solar, nu prea departe de soare, are o anumită perspectivă.

Printre structurile testate capabile să ofere pofte esențiale, în afara concurenței de lichid de răcire a motorului nuclear (curte). Un eșantion excelent de o astfel de instalare a fost dezvoltat în URSS - RD0410 http://www.kbkha.ru/?p\u003d8&cat\u003d11&prod\u003d66. . Rata de expirare a fluidului de lucru din duza,acestea. momentum specific I.Rd poate face 9 - 10 km / s. Este mai mult de două ori indicatoriorice motoare chimice de rachete. Cu o restricție rezonabilă a masei inițiale de 10.000 de tone și o masă netă modestă de 100 de tone(cu excepția combustibilului și fluidului de lucru), limita viteza vehiculului

Excelent pentru zborurile din sistemul solar, dar nu este potrivit pentru călătoria în sistemul Alpha Centauro, care va dura aproximativ 29.000 de ani! Schema în două etape va dubla viteza mare, dar masa de pornire va crește o ordine de mărime. Pentru nava noastră cuYard I.masa netă de 100 de tone, care sa despărțit până la o viteză de 200 km / s, masa de pornire se va apropiala 50 de miliarde de euro Tonă! Viteză KM / S nu răspunde atât de coșmar, ci și un stoc impresionant al fluidului de lucru, care depășește 2 milioane de tone. Astfel, 100 km / s este dificil de realizatpractic Limită pentru rachete cu curte, pe măsură ce ne apropiem la care începe gigantania. Din formula fluxurilor Tsiolkovsky, la prima vedere, o soluție simplă la această problemă. Trebuie să crească impulsul specific, I. atunci nu trebuie să crească exponențial consumul corpului de lucru. Pentru aceasta, curtea nu este fundamentală nu este adecvată datorită faptului că organismul de lucru este încălzit într-un reactor nuclear. Rata de expirare a jeturilor necesare poate oferi așa-numitele Motorul cu plasmă.Acest termen poate fi atribuit unei familii mari de dispozitive, care funcționează diferit cu plasmă, inclusiv motoarele ionice.

Motoare cu plasmă clasică

Orice motor cu rachete aruncă o plasmă slabă din duză,dar plasma, ionică, electricactivă se numește numai una care accelerează plasma datorită forțelor electromagnetice care acționează asupra particulelor încărcate.DESPREeste foarte dificil să faceți acest lucru, deoarece orice câmp electric, accelerarea încărcărilor de încărcare, va da egal cu modulul cu impulsurile totale de ioni și electroni. De fapt, schimbarea impulsului de încărcare în timpul timpului este, unde este forța care acționează asupra încărcării (în câmp cu tensiune). Deoarece plasma este în general neutră din punct de vedere electric, suma tuturor taxelor pozitive este egală cu modulul sumei negative. Pentru un timp infinit de mic, toată masa de ioni pozitivi va primi un impuls. La felamploarea impulsului îndreptat în direcția opusă va primi întreaga masă de încărcături negative. Prin urmare, impulsul total este zero și, prin urmare, aruncarea nu va apărea.

Astfel, pentru overclockingul electric al plasmei, este necesar să se împartă cumva taxele de variație pentru a dispersa acuzațiile unui semn, în timp ce tarifele unui alt semn sunt derivate din zona câmpului de accelerare. Cu toate acestea, în mod eficient împărțit taxele este extrem de dificil! Acest lucru este împiedicat de forțele puternice ale Coulombilor de atracție, apărând între ciorchele plasmatice încărcate fără probleme și restaurarea imediat a echilibrului electric.Folosit în motoarele cu plasmă existente, metodele de separare a ionilor pozitivi cu electroni folosesc un câmp electrostatic sau magnetic. În primul caz, motorul este numit în mod tradițional ionic, iar în a doua - plasmă.

Diagrama funcțională a motorului "clasic" Ion ":

1 - Prezentarea corpului de lucru; 2 - ionizator; 3 - grămadă de ioni; 4 - Electrod de focalizare; 5 - electrod accelerat; 6 - electrod de blocare; 7 - Neutralizant; 8 - Principala sursă de energie; 9 - Sursa de energie auxiliară.Într-un interval relativ îngust între anodul 4 și catodul 5, există o accelerare a ionilor de gaz pozitiv (xenon, argon, hidrogen etc.), care este fluidul de lucru al motorului. În același timp, electronii liberi formați în timpul procesului de ionizare sunt atrași de anod, după care a expirat fluxul de gaz încărcat pozitiv, pentru ao neutraliza. Catod 6 blocuri care trage la un anod de electroni care părăsesc neutralizatorul 7. Anodul nu este numai electrodul 4, ci și întreaga carcasă exterioară a camerei, în care apare ionizarea gazului. Anodul are cel mai mare potențial de ~ 1.000 V, în timp ce potențialul catodului 5 este de ~ 100 V, iar catodul 6 este chiar mai mic.

Viteza jetului de gaz, care accelerată între grilele 4 și 5, poate ajunge până la 200 km / legături. Cu toate acestea, motorul Ion este neglijabil, la cel mai bun caz care ajunge la ~ 0,1 Newton. Acest lucru este direct legat de problema de separare a ionilor și a electronilor. Care în acest sens, ca și în toate celelalte motoare cu plasmă, este rezolvată extrem de ineficientă. Să presupunem optimist că motorul de ioni pofta cu un impuls specific 200 km / legături a reușit să aducă1 Newton (100 de grame). Apoi, nava cu o masă de pornire de aproximativ 15.000 de tone, din care 14.900 de tone se încadrează pe corpul de lucru (gaz), acesta va fi capabil să accelereze la 1.000 km / s (conform formulei Tsiolkovsky . Timpul de accelerare este exprimat prin formula, unde - impulsul primit de navă și de rezistența la împingere. În acest caz, avem \u003d 100 000 kg ⋅ 1 000 000 m / s / 1 h \u003d 100 miliarde de secunde, care este de aproximativ 3.200 de ani! Și aceasta este doar o estimare mai mică, iar timpul real de accelerare va fi semnificativ mai mare datorită faptului că este necesară, de asemenea, pulsul de a adăuga un fluorestru de lucru corpului de lucru înainte de a trece prin motor și a zburat din duză.

Puterea unui astfel de motor este egală cu \u003d 200.000 de wați. Eșantioanele de lucru într-adevăr reprezintă o ordine de mărime mai mică. Pentru a reduce timpul de accelerare la viteza de croazieră, adică, creșterea poftei, ar trebui să crească energia electrică consumată și, în consecință, dimensiunile motorului. Să presupunem că, în acest fel, am crescut împingerea de 1000 de ori și am redus timpul de accelerare la 3,2 ani rezonabil. Nu este rău pentru viteza km / SEK, deși la alfa-cenaurs ar trebui să zboare încă 1.300 de ani. Cu toate acestea, consumul de energie va fi sute de megawați, care corespunde puterii unității de putere a NPP-ului mediu. Aceasta înseamnă că nu există surse rezonabile de energie pentru motoarele de ioni cosmice cu zeci de cel puțin zeci de kilograme.

Înapoi în anii '60, A.I. Morozov și-a propus conceptul de motor cu plasmă, care a fost testat cu succes în anii '70. Aici taxele sunt separate printr-un câmp magnetic radial, care este aplicat în zona de accelerare a ionilor pozitivi printr-un câmp electric longitudinal. Electroni semnificativ mai mici, sub acțiunea forțelor Lorentz, navigați în spirală pe liniile de alimentare ale câmpului magnetic și, așa cum au fost, "scoateți" un câmp magnetic din plasmă. În acest caz, ionii de inerție masivi peste câmpul magnetic, accelerând electric în direcția longitudinală. Mecanismul de neutralizare funcționează și la un motor ion. Această schemă, având anumite avantaje în fața lui, nu permite o tracțiune semnificativ mai mare la o putere comparabilă. Metoda magnetică de separare a încărcărilor este departe de o soluție eficientă la problemă și nu vă permite să creați motoare plasmatice care ar putea fi utilizate pentru călătoriile interstelare.

Pentru a vă asigura că presupunem că 1 gram de ioni au reușit să se împartă cu electroni și cei din urmă au fost acumulați la ieșirea duzei, ascunzându-se pe liniile electrice ale câmpului magnetic transversal cu inducerea vehiculului. Apoi, această încărcare negativă în exces va fi de aproximativ -95.000 cl. Este ușor să se verifice dacă ionii corespunzători cu o greutate totală de 1 g pentru mai multe femotosecunde accelerează până la 10.000 km / s. În același timp, electronii încărcăturii în exces nu vor dobândi un impuls egal față de ioni, ceea ce ar leopard efectul reactiv, deoarece Pe câmpul magnetic, acești electroni vor fi răniți pe traiectoriile circulare cu raze de aproximativ 1 metru. Astfel, pentru aplicarea dispozitivului impulsului de tracțiune 10 000 kg ⋅ m / s \u003d 0,001 kg ⋅ 10 000 000 m / legăturiva trebui să creăm un câmp magnetic greu de aproximativ 10.000 Tesla în cantitatea de mai mulți metri cubi. Astfel de câmpuri extreme sunt create numai de generatoare explozive a.D. Sakharov și variațiile lor moderne și există doar microsecunde și în volume măsurate de decimetrele cubice. În același timp, energia câmpului magnetic va avea ordine de 10 Terajule. Având în vedere faptul că generatoarele cumulative sunt capabile să convertească până la 20 - 30% din energia de explozie chimică, pentru a da dispozitivul cosmic al impulsului de tracțiune ~ 10 000kg⋅ m./ sec.ar fi necesar să folosim eficient energia exploziei nucleare cu o capacitate de ~ 10 kt.

Cu masa navei, 100 de tone vor avea nevoie de un milion de astfel de impulsuri pentru a-și mări viteza cu doar 100 km / legături. Și apoi sub condiția ca acuzațiile nucleare să nu aibă la bord și au fost plasate în avans în spațiul de pe site-ul de accelerare. Dar un milion de bombe nucleare sunt câteva mii de tone de plutonium, care pentru întreaga perioadă a existenței armelor nucleare a fost făcută puțin peste 300 de tone. Astfel, având doar un motor cu plasmă cu o separare magnetică a încărcăturilor, despre zborul către stele este mai bine uitat.

Ce să faci cu plasma?

Aparent, problema separării efective a încărcăturilor în motoarele cu plasmă este insolubilă fundamental. Există proiecte avansate de motoare cu plasmă cu o capacitate de 5 MW și un impuls specific de 1.000 km / tag-uri, dar forța lorar fi egal cu 5 000 000 W / 1 000 000 m / s \u003d 5 n, astfel încât problema reducerii timpului de overclockare rămâne insurmontabilă. Să nu mai vorbim de faptul că în spațiu este dificil să extrageți megawatts consumat energie electrică.

Înțelegerea acestor probleme, dezvoltatorii de motoare cu plasmă caută alte abordări. Entuziasmul vizibil provoacă un nou concept Vasimr, care în laborator arată cele mai bune rezultate între motoarele cu plasmă: pulsul specific 50 km / tag-uri, 26 Newton Traction și Eficiență 60 - 70% (Test VX-200). Strict vorbind, Vasimr nu este nici măcar un motor cu plasmă, deoarece generează o plasmă de temperatură înaltă, care accelerează în duza imaginului - datorită efectelor gazo-dinamice și fără electricitate.

Un gaz este furnizat printr-un tub de presiune 1, care este mai întâi încălzit și ușor ionizat prin radiația cu microunde de la 3. Apoi, debitul plasmatic, izolat de pereții câmpului magnetic al bobinelor 4, este încălzit suplimentar de antena 5, care emite Valul radio de pe frecvența ciclotronului (aceasta este frecvența frecvenței de rotație a electronilor în jurul limitei de alimentare a câmpului magnetic longitudinal). O astfel de încălzire a rezonanței crește temperatura plasmei la milioane de grade, după care expiră în duza magnetică a subsolului 6. Acesta din urmă protejează pereții de la contactul cu plasma fierbinte și transformă energia mișcării termice a ionilor în energia mișcării cu jet de gaz. În esență, Vasimr vă permite să obțineți o plasmă foarte fierbinte, foarte ionizată prin încălzire cu microunde. Accelerația cu plasmă apare destul de asemănătoare cu modul în care jetul de gaz la ieșirea motorului obișnuit de rachete este accelerat. Arderea combustibilului chimic, o astfel de temperatură plasmatică nu poate fi obținută, dar în detrimentul unei explozii nucleare se poate face. Rezultatele Vasimr demonstrează unele progrese, dar sunt încă infinit de nevoile expedițiilor interstelare și, evident, nu au perspectivele de dezvoltare în această direcție. În ceea ce privește impulsul specific, Vasimr este un pas înapoi.

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

Există un alt concept relativ nou al unui motor cu plasmă - MPD MPD, cu care se asociază înalte. Ideea este după cum urmează. O descărcare de plasmă este creată între anod și catod, astfel încât curentul electric corespunzător induce un câmp magnetic inelar. Forța lui Lorentz acționează asupra costurilor curente în mișcare, abaterea unora dintre ele în direcția longitudinală. Deci, există un ambreiaj de plasmă care expiră ", care creează o împingere a tracțiunii. Motorul funcționează într-un mod de impuls, deoarece Sunt necesare pauze scurte între descărcări pentru acumularea de încărcături pe electrozi.

MPD - Pharster nu are nevoie de separarea încărcăturilor multidimensionale, deoarece în curentul de descărcare, se mișcă în direcții contrari și, în consecință, forțele lui Lorentz au aceleași direcții. Teoretic, acest concept are indicatori remarcabili împotriva altor motoare cu plasmă, deoarece poate dezvolta kilograme de tracțiune. Cu toate acestea, câmpul magnetic, în principiu, nu poate accelera taxele electrice, deoarece puterea lui Lorentz acționează perpendicular pe rata de încărcare și, prin urmare, nu își schimbă energia cinetică. MPD - Doar dezavantajează direcția de mișcare a încărcărilor, astfel încât plasma să se prăbușească în direcția longitudinală. Dar, pentru ca curent între anod și catod, va trebui să petreacă o mulțime de energie electrică pentru a crea împingere. În orice caz, energia electrică consumată nu este inferioară puterii jetului de plasmă. Cu un impuls specific de ~ 1000 km / s și 100 kg, consumul de energie va fi sute de megawați, care este aproape imposibil de generat în spațiu. Dar chiar și cu astfel, doar teoretic teoretic, indicatori MPD - Tharster-A, echipat cu nava cu o Net 100 tone10.000 km / sec în 317 de ani (!) Cu o masă de pornire ireal de 2.200.000 de tone. În plus, este imposibil să ne imaginăm consumul de milioane de tone de gaz în motorul care transmite descărcări electrice puternice prin intermediul acesteia. Evident, nici un electrozi nu vor împiedica astfel de sarcini termice și chimicela.

Diagrama schematică MPD - Chiar,

Cererea de bază pentru studii promițătoare a fost o cerere făcută de Consiliul științific și tehnic al ONG Energomash și Institutul Nic Kurchatov. Aplicația este dedicată implementării unui proiect destul de ambițios, care va crea un motor cu rachetă cu plasmă cu inima de electrozi. Abreviat BPD. Compoziția clară a lucrării care permite eșantionul de laborator a motorului.

În esență, ERD (motorul cu rachete electrice) este un motor electric în care lichidul de lucru poate dobândi accelerația într-o stare specială a plasmei. Ideea originală a motoarelor cu plasmă aparține fizicii sovietice Morozov A. I. El a prezentat-o \u200b\u200bîn anii '60. Utilizarea de astăzi a acestor motoare este de a menține puncte în picioare de la sateliții de comunicare.

Noua generație de motoare cu plasmă care vor face pentru a "energomash" are o capacitate de mai mult de 100 kW. Ele pot fi folosite pentru unii sateliți geostaționari. Astfel de motoare sunt potrivite pentru zborurile care sunt caracterizate ca interstelar.

Anii recent din lume este marcat de mai multe evoluții ale motoarelor cu plasmă. Ele pot fi atribuite noii generații. Acesta este un motor cu plasmă elicoidal de la Agenția Spațială Europeană, care colaborează cu Agenția Spațială iraniană și cu Universitatea Națională australiană. Este, de asemenea, dezvoltarea inginerilor canadieni și a americanilor de la compania Ad Astra Rocket. Motorul american-canadian are o putere de 200 kW.

Mesajul "Roskosmos" afirmă că multe opțiuni pentru ERD modern s-au dovedit a fi o parte pozitivă. Ei au un impuls mare și un flux de masă scăzut al fluidului de lucru. Acest lucru va fi deja în viitorul apropiat trimite nave spațiale pentru rutele lungi. Dar pentru a rezolva problema împușcării mici. Limitează grav capacitatea de a depăși distanțele cosmice mari. În prezent, EDD este utilizat prin ajustarea orbitelor spațiale relativ mici în dimensiune. Acest motor este de obicei puterea nu depășește 50 kW. Într-o orbită apropiată, astfel de motoare sunt alimentate de panouri solare.

Unicitatea celei mai noi dezvoltări rusești

Motorul de rachete electrice din plasmă rusesc are cea mai mare eficiență energetică. Este capabil să practice aproape orice substanță de utilizat ca un fluid de lucru, să schimbe valorile impulsului specific. Parametrii maximi ai puterii sunt limitați la singura putere a generatorului de înaltă frecvență. Deoarece restricțiile privind impactul substanței de lucru cu elemente structurale sunt îndepărtate, atunci un motor similar în potențialul său are o resursă de lucru uriașă.

Posibilitatea de a implementa idei inovatoare care se bazează pe dezvoltarea rusă a apărut datorită descoperirilor recente din domeniul sintezei termonucleare. De asemenea, specialiștii ruși au avansat mult pe drumul spre studii tehnologii pentru supraconductorii de mare temperatură și generatoare de înaltă frecvență. Astăzi, oamenii de știință trebuie să decidă cum să optimizeze procesele plasmatice și să dezvolte un generator de înaltă frecvență. Îmbunătățirea este supusă surselor de alimentare și, în special, gestionării acestora. Pentru a asigura soluția tuturor acestor sarcini complexe de inginerie și științifică, este necesar să se creeze o bază experimentală și de testare.

Specialiștii Institutului Kurchatov lucrează la motoarele cu plasmă pentru mai mult de o duzină de ani. "Biroul de proiectare a lui Himvtomatics" din 2010 studiază problemele de etanșament. Contul lor are deja un motor de magnetoplasmometrie, puterea a cărei motor Ion de înaltă frecvență de 10 kW și puternic (300 W).