Per treballar a llarg termini a l'espai, s'han d'utilitzar motors de coets elèctrics fiables amb una velocitat de flux de plasma de l'ordre de cent cinc metres per segon o més. Els motors de plasma es van començar a desenvolupar activament a mitjans del segle passat. I avui aquesta feina continua.
Comença la investigació
Els nostres avantpassats fa temps que volen volar a l'espai. Durant molt de temps, el gas s'ha estudiat activament mitjançant una descàrrega elèctrica. Es va col·locar en un recipient de vidre amb elèctrodes. Aleshores, quan es va reduir la pressió, van aparèixer els raigs que emanaven del càtode, que de fet, com es va descobrir més tard, era un corrent d'electrons.
I el 1886 es va descobrir que, mentre feien forats al càtode, altres raigs, àtoms de gasos ionitzats, s'esteniaven en sentit contrari a ells. Però aleshores, per descomptat, no tenien ni idea que s'utilitzarien per obtenir l'empenta del jet.
A l'època de la Unió Soviètica, els propulsors d'ions i plasma es van desenvolupar als laboratoris de Física i Tecnologia SOAN per aplicar aquestes tecnologies en vehicles per al vol espacial. Els treballs van començar a la dècada de 1950segle XX. S'han obert dos tipus de dispositius:
- motor erosiu (impuls);
- impulsor de plasma estacionari (sense pols).
Són aquests dos tipus els que s'utilitzen fins avui.
Erosiu i estacionari
El motor de plasma que es coneix avui en dia funciona a causa de la força reactiva del raig de plasma des del broquet. El propi plasma es forma mitjançant una descàrrega elèctrica. Per a una font d'alimentació del motor més senzilla, es selecciona un mode polsat (motor de plasma erosiu). La font d'energia és un condensador amb una capacitat de 0,5 microfarads i una tensió de 10 kV. Es carrega des del transformador amb díodes i una resistència.
Amb l'ajuda d'aquests dispositius, es formen empentes d'impuls petites i precises, que no es poden obtenir amb el funcionament d' altres tipus de motors de coets. Els propulsors de plasma polsat es van provar amb èxit el 1964 a l'estació espacial Zond-2.
SPD és una variant d'un accelerador en una zona estesa i amb una deriva tancada d'electrons. Aquests dispositius poden funcionar durant un llarg període de temps. Dos motors de xenó es van llançar per primera vegada el 1972 a bord del meteorit soviètic.
Principi de funcionament: prototip
La instal·lació funciona de la següent manera. La tensió del condensador és la bretxa entre el col·lector conductor de corrent i els elèctrodes de la cambra de descàrrega. Quan la tensió arriba al valor de ruptura, apareix una descàrrega elèctrica a la cambra del motor. L'aire allà s'escalfadeu mil unitats i adquireix un estat de plasma. La pressió augmenta bruscament i el raig de plasma surt del broquet a gran velocitat.
El coet, que està connectat al motor, rep la potència del jet. Per aconseguir una rotació suau, el coet està connectat amb un coixinet de boles i equilibrat amb un contrapès.
La unitat elèctrica més complexa és un col·lector que subministra corrent. Els espais entre els elèctrodes no han de ser superiors a mig mil·límetre. Aleshores, gairebé no hi haurà pèrdua d'energia del condensador i no es generarà fricció addicional quan el coet comenci a girar.
El propi coet i tot el motor del coet de plasma poden tenir diferents mides, però s'han de fer coincidir la potència de la font i la mida del condensador. Per calcular les unitats bàsiques i el disseny del coet, és convenient utilitzar l'esquema després del càlcul mitjançant fórmules especials.
Valors experimentals en l'exemple
En l'exemple amb una tensió determinada de sis mil watts i una capacitat del condensador de 0,510 (-6) f, com a resultat dels càlculs, l'energia que s'allibera a la cambra del motor és de 5,4 J. I si la diferència de temperatura és de 10.000K, el volum de la cambra serà igual a mig centímetre cúbic.
Llavors els elements del circuit elèctric seran:
- transformador 2205000V, amb una potència de 200 watts;
- resistència de cable amb una potència de 100 watts.
Aquest model té una tensió de funcionament de més de mil volts i, per tant, ha de sertingueu molta cura en treballar-hi i observeu totes les normes de seguretat necessàries.
Normes de seguretat per a l'experiment
- El llançament el realitza una sola persona. Altres poden estar a una distància d'un metre del dispositiu.
- Totes les operacions i el toc manual de la unitat només es poden fer si es desconnecta de la font d'alimentació, després d'haver esperat almenys un minut. Aleshores, el condensador tindrà temps per descarregar-se.
- La font d'alimentació s'ha d'ubicar en una caixa metàl·lica, tancada per tots els costats. Durant el funcionament, es posa a terra mitjançant un cable de coure, el diàmetre del qual ha de ser almenys d'un mil·límetre i mig.
Els propulsors de plasma per a coets reals han de ser milers de vegades més potents! Potser els que realitzen experiments amb mostres petites avui descobriran noves possibilitats i propietats del plasma demà.
