Плазменныя рухавікі: гісторыя, віды, вопыт

Для працяглай працы ў космасе павінны выкарыстоўвацца надзейныя электроракетные рухавікі з хуткасцю заканчэння плазмы парадку ста пяці метраў у секунду і больш. Плазменныя рухавікі пачалі актыўна распрацоўваць яшчэ ў сярэдзіне мінулага стагоддзя. І сёння гэтая праца працягваецца.

Пачатак даследаванняў

У космас нашы продкі даўно хацелі паляцець. Ужо даўно актыўна вывучаўся газ пры дапамозе электрычнага разраду. Яго змяшчалі ў шкляную ёмістасць з электродамі. Тады пры зніжэнні ціску з'яўляліся прамяні, выходныя з катода, што на самой справе, як пазней высветлілі, было патокам электронаў.

А ў 1886 году выявілася, што, праробліваючы адтуліны ў катодзе, у адваротным кірунку ад іх цягнуліся іншыя прамяні - іянізаваныя атамы газаў. Але тады, вядома, не здагадваліся, што іх будуць прымяняць для атрымання рэактыўнай цягі.

У часы Савецкага Саюза ў лабараторыях фізіка-тэхнічнага СОАН распрацоўваліся іённыя і плазменныя рухавікі, каб прымяняць гэтыя тэхналогіі ў апаратах для палёту ў космас. Праца пачалася яшчэ ў пяцідзесятыя гады дваццатага стагоддзя. Былі адкрыты два тыпу прылад:

• эразійны рухавік (імпульсны);
• стацыянарны плазменны рухавік (неимпульсный).

Менавіта гэтыя два віды і выкарыстоўваюцца па гэты дзень.

Эразійны і стацыянарны

Плазменны рухавік, які вядомы сёння, функцыянуе за кошт рэактыўнай сілы бруі плазмы з сопла. Сама плазма утвараецца з дапамогай электроразряд. Для больш простага крыніцы харчавання матора выбіраецца імпульсны рэжым (эразійны плазменны рухавік). У якасці энергакрыніцы выступае кандэнсатар, ёмістасць якога складае 0,5 мкф, а напруга - 10 кВ. Яго зарадка адбываецца ад трансфарматара дыёдамі і рэзістарам.

З дапамогай такіх прылад утвараюцца малыя і дакладныя імпульсныя цягі, якія немагчыма атрымаць пры працы іншых тыпаў ракетных матораў. Паспяховыя выпрабаванні імпульсныя плазменныя рухавікі прайшлі ў 1964 годзе на касмічнай станцыі «Зонд-2».

СПД з'яўляецца варыянтам паскаральніка на працяглай зоне і з замкнёным дрэйфам з электронаў. Такія прылады здольныя працаваць працяглы перыяд часу. Два рухавіка на ксенон былі ўпершыню запушчаны ў 1972 годзе на борце савецкага «Метэора».

Прынцып дзеяння: дасведчаны ўзор

Праца ўстаноўкі вырабляецца наступным чынам. Напругай для кандэнсатара з'яўляецца зазор паміж калектарам, якія праводзяць ток, і электродамі разраднай камеры. Пры дасягненні напругай велічыні прабоя, у камеры рухавіка з'яўляецца электроразряд. Паветра там награваецца да дзесяці тысяч адзінак і набывае плазменнае стан. Ціск з рэзкасцю павялічваецца, і бруя плазмы з велізарнай хуткасцю выцякае з сопла.

Ракета, якая злучаная з рухавіком, атрымлівае рэактыўную сілу ад бруі. Для ажыццяўлення мяккага кручэння ракета прымацоўваецца шарыкавым падшыпнікам і дзякуючы процівагу ўраўнаважваецца.

Самым складаным электроузлом з'яўляецца калектар, які падводзіць ток. Зазоры паміж электродамі павінны быць не больш за палову міліметра. Тады магутнасць пры перадачы ад кандэнсатара амаль не страціцца, і не будзе ўтворана дадатковае трэнне, калі ракета пачне круціцца.

Сама ракета і ўвесь плазменны ракетны рухавік могуць мець розныя памеры, аднак павінна выконвацца адпаведнасць магутнасці крыніцы і памеру кандэнсатара. Для разліку базавых вузлоў і канструкцыі ракеты зручна выкарыстоўваць схему пасля вылічэнні па спецыяльным формулах.

Дасведчаныя значэння на прыкладзе

На прыкладзе з зададзеным напругай у шэсьць тысяч Ват і ёмістасці кандэнсатара 0,5 * 10 (-6) ф у выніку вылічэнняў атрымаецца энергія, якая вылучаецца ў камеры рухавіка, роўная 5,4 Дж. А калі розніца тэмператур складзе 10000К, то аб'ём камеры атрымаецца роўны палове кубічнага сантыметра.

Тады элементамі электрычнай схемы стануць:

• трансфарматар 220 * 5000В, які мае магутнасць 200 Ват;
• рэзістар драцяны, які мае магутнасць 100 Ват.

Гэтая мадэль мае працоўнае напружанне больш за тысячу вольт, а таму неабходна быць вельмі асцярожным пры працы з ёй і выконваць усе неабходныя правілы бяспекі.

Правілы бяспекі пры правядзенні вопыту

1. Запуск праводзіць адзін чалавек. Іншыя могуць стаяць у аддаленні на адлегласці ад аднаго метра ад прыбора.
2. Усе аперацыі і дотыку ўстаноўкі рукамі можна рабіць толькі ў тым выпадку, калі яна адключаная ад харчавання, счакаўшы не менш хвіліны пасля гэтага. Тады кандэнсатар паспее разрадзіцца.
3. Крыніца харчавання павінен быць размешчаны ў корпусе з металу, закрытым з усіх бакоў. Пры працы ён заземляется пасродкам меднага провада, дыяметр якога павінен складаць не менш за паўтары міліметраў.

Плазменныя рухавікі для сапраўдных ракет павінны мець магутнасць у некалькі тысяч разоў больш! Можа, тым, хто сёння праводзіць досведы з маленькімі ўзорамі, заўтра трэба будзе адкрываць новыя магчымасці і ўласцівасці плазмы.