Плазма мотори: митови и стварност

Свакако ће се сви сложити да простор привлачи. И он се већ истражује! То је врло споро. Зато што је изузетно тешко створити летилицу која ће брзо превазићи импресивне стотине хиљада километара удаљености.

Цела поента је у гориву! То није бесконачно. Потребне су нам модерне јединице са другачијим принципом рада и моћније. Да, постоје нуклеарни ракетни мотори (ИАРД). Али њихова максимална граница је 100 км / с. Осим тога, њихов радни флуид се загрева нуклеарни реактор.

Али плазма мотори - перспектива која заслужује пажњу.

Кратак излет у физику

За почетак, вреди напоменути да сваки ракетни мотор карактерише избацивање из млазнице слабо јонизоване плазме. Без обзира на врсту. Али "класични", прави плазма мотори су они који убрзавају плазму због електромагнетских сила које утичу на набијене честице.

Процес је компликован. Свако електрично поље које убрзава пуњење у плазми даје електронима и јонима једнаке укупне импулсе. Улазак у ове детаље је опционалан. Довољно је знати да је импулс мјерна вриједност. механичко кретање тело.

Пошто је плазма електрично неутрална, сума свих позитивних набоја модуло је сума негативних набоја. Постоји одређени временски период - он је бесконачно мали. У ових неколико тренутака, сви позитивни јони добијају снажан импулс. Исто важи иу супротном правцу - негативном. Какав је резултат? Укупни момент је на крају нула. Дакле, нема тракције.

Такав закључак: за електрично "убрзање" плазме неопходно је одвајање супротних набоја. Позитивни ефекти ће се убрзати када се негативи изваде из домета. Нека буде тешко, јер Цоуломб гравитација повратити електричну равнотежу, која настаје између плазма супротно набијених угрушака.

И како сте успели да остварите овај принцип рада у плазма ракетном мотору? Због магнетног и електростатичког поља. Само овде, у другом случају, јединица се традиционално назива јонским, ау првом се назива плазма.

Концепт из 60-их

Пре око педесет година, совјетски физичар Алексеј Ивановић Морозов предложио је концепт плазма ракетног мотора. Успјешно је тестиран седамдесетих година.

Користио је радијално магнетно поље да раздвоји ноторне набоје. Испоставља се да су електрони, који подлежу утицају Лорентзове силе, наводно завојити у спирале на линије магнетног поља које их "извлаче" из плазме.

Шта се дешава када се то деси? Инерција масивних јона пролази кроз магнетно поље, добијајући убрзање у уздужном правцу електричног поља.

Да, ова шема има предности у односу на ону која је имплементирана у плазма-ионски мотори, међутим, постоји минус. Не дозвољава већи потисак, што се одражава у брзини.

Да ли је пут до звезда стваран?

Многе наде су биле постављене на плазма ракетне моторе. Међутим, без обзира на то колико они могу изгледати иновативно, они не могу осигурати лет у удаљена небеска тијела у оквиру једног људског живота.

Да би се том апарату пружио довољан импулс за вучу (а то је најмање 10.000.000 м / с), потребно је у овом тренутку створити магнетно поље од 10.000 Тесла нереално. То је могуће само уз помоћ експлозивних магнетних генератора А.Д. Сакхаров и други модерни уређаји који раде на истом принципу.

Али опет, таква моћна поља постоје за катастрофално мали временски интервал, мерено у микросекундама. Да би се постигао бољи резултат, требало би одложити енергију нуклеарне експлозије са силом од 10 кт. За референцу, посљедице таквог "феномена" изражене су у облаку промјера 4 километра с висином од 2 км. "Гљива" и достиже до 7 км.

Дакле, са масом брода од 100 тона, потребан је милион таквих импулса. А то је само да повећа брзину на 100 километара у секунди! Осим тога, само под условом да оптужбе не би требале да се укрцају. У вјероватноћи, могли би бити смјештени у свемир на мјесту убрзања.

Али цео милион нуклеарних бомби? Унреал Ово је на хиљаде тона плутонијума! И за све време постојања нуклеарног оружја, произведено је нешто више од 300 тона. Дакле, плазма ракетни мотор са принципом рада који се заснива на раздвајању магнетног набоја неће омогућити пут до удаљених звезда.

Халлов мотор

Ово је варијанта плазма јединице, за коју не постоје ограничења која се намећу просторним набојем. Њихово одсуство обезбеђује већу густину вуче. То значи да Хала плазма мотор може повећати брзину летилице за неколико пута, ако се упореди, на пример, са јонском јединицом исте величине.

У средишту апарата је ефекат који је 1879. године открио амерички физичар Едвин Халл. Он је показао како се електрична струја генерише у проводнику са међусобно окомитим магнетним и електричним пољем. И у правцу да су обоје окомити.

Једноставно речено, у холу јединица плазма се формира наелектрисањем између аноде (+) и катоде (-). Акција је једноставна - пражњење раздваја електроне од неутралних атома.

Треба напоменути да је око 200 сателита са Халл плазма мотором концентрисано у орбити близу Земље. За летјелице, његова снага је сасвим довољна. Иначе, управо је такву јединицу користила Европска свемирска агенција да би економски распршила СМАРТ-1 - своју прву аутоматску станицу за истраживање Месеца.

АИПД

Сада можете говорити о аблативним пулсирајућим плазма потисницима (АИПД). Погодни су за употребу у малим летилицама, које имају добар распон функционалности. За његово проширење једноставно је неопходно имати високо ефикасну јединицу мале величине која је у стању да коригује и одржава орбиту. АИПД је обећавајући уређај са низом предности које укључују:

• Стална спремност за рад.
• Импресиван ресурс.
• Минимална инерција.
• Способност прецизног распоређивања пулса.
• Нема импулсног ефекта.
• Зависност потиска од потрошње енергије.

Импулсни потисници овог типа су детаљно проучавани. Истраживачи су, наравно, имали проблема. Нарочито - уз одржавање дуготрајног рада јединице, што представља препреку за карбурацију површине.

Чак иу оквиру једне од студија посвећених проучавању АИПД-ИТ-а, установљено је да ова јединица има главни излаз на излазу канала. А то је карактеристично за моторе много импресивније енергије.

Пример инсталације АИПД-а је сателитски посматрач Земље 1. Али он не може тврдити да је мотор ИЦА корекције, јер троши превише енергије (60 В). Поред тога, он има низак укупни замах.

Стационарни мотор

И о овом проналаску треба рећи неколико речи. Стационарни плазма мотор има посебну карактеристику у облику мале снаге и компактности.

Може се користити у свемирској технологији као извршни орган електроинсталације. Или у оквиру научног истраживања. Уз помоћ овог проналаска, сасвим је реалистично моделирати усмерене токове плазме.

У ствари, такав плазма мотор је магнетрон који се широко користи у индустрији. То је, са своје стране, технолошки уређај којим се на подлогу наносе танке фолије материјала катодним распршивањем мете у плазми. Али не мешајте овај уређај са вакуумским магнетронима. Они обављају потпуно другачију функцију - генерисање микровалних осцилација.

Од 1995. године стационарни плазма мотори су били укључени у системе корекције серије повезаних геостационарних КА. Тада, почевши од 2003. године, ови уређаји почели су да се користе на страним геостационарним сателитима. До почетка 2012. године 352 мотора је већ инсталирано на возилима која су отишла у свемир.

МПД-Тхрустер

Ово је још један концепт плазма агрегата. С њом су повезане многе наде у свемирску технологију.

Шта је идеја? Између катоде и аноде ствара се плазма пуњење, што доприноси индукцији магнетног поља прстена. Лоренцова сила долази у акцију, уз помоћ које поље делује на покретне струје струје, због чега се одређени део њих одбија у уздужном правцу. Као резултат, јавља се плазма угрушак који истиче "десно". Он је тај који ствара гурање.

Овај мотор обавља рад у пулсном моду, јер су кратке паузе између пражњења неопходне - тако се акумулира набој на електродама.

Шта обећава МПД-Тхрустер? Ради без раздвајања супротних набоја. Пошто се крећу у струји пуњења, тачно је супротно. То значи да Лорентзове силе имају идентичан правац.

У теорији, овај концепт је веома изузетан учинак. Он може да развије импресивну вучу. Али постоје и нијансе. "Убрзање" електричних набоја није подложно магнетном пољу. Све због чињенице да Лорентзова сила има ефекат, окомит на њихову брзину. То јест, не мења кинетичке параметре. МПД-Тхрустер само незнатно мијења смјер у којем слиједе набоји - како би плазма излетјела уздужно.

Идеално, струја између катоде и аноде би требала бити неколико пута гушћа. Ово је потребно за стварање вучне силе. И то захтева много електричне енергије. Што, међутим, није ниже од снаге плазма млаза.

Ако је специфични импулс 1000 километара у секунди, а потисак је 100 кг, онда ће се потрошити стотине мегавата. Која генерација у простору је готово немогућа. Чак и претпостављајући такву вероватноћу, брод са МПД-Тхрустер, који има нето масу од 100 тона, убрзат ће се до ознаке од 10.000 км / с. за само 317 година! А то је превисока астрономска почетна тежина од 2,2 милиона тона.

Са таквим показатељима, чак је немогуће замислити брзину протока гаса у јединици која преноси електронске набоје. И не треба да се раде никакви прорачуни да би се разумело - ниједна електрода није у стању да издржи тако значајна хемијска и термичка оптерећења.

Куантум ЕмДриве Аппаратус

Ово је изум Рогера Сцхоера из Британије, над којим се цијела међународна знанствена заједница готово отворено смијала. Зашто? Зато што се његов квантни вакуумски плазма мотор сматрао немогућим. Јер њен принцип је у супротности са законима који су темељ физике!

Али, како се испоставило, овај мотор плазма простора ради, и врло успјешно! Ова чињеница је разјашњена током НАСА тестова.

Јединица је једноставна. Тракција се ствара помоћу микровалних осцилација око вакуум контејнера. А електрична енергија која је потребна за њихово генерисање се издваја из сунчеве светлости. Једноставно речено - мотор не захтева употребу горива и способан је да ради, ако не заувек, онда барем до тренутка квара.

Тестери су били шокирани. Мотор је тестиран од стране научника Гуида Фетта и тима из НАСА Еаглеворкс, који је предводио Харолд Вхите - стручњаци из свемирског центра. Линдон Јохнсон. Након детаљног проучавања проналаска, објављен је чланак у којем су испитивачи увјерили читаоце да уређај ради и успјешно ствара жељу, чак и ако је то необјашњива супротност закону о очувању момента.

Ипак, научници су рекли да ова јединица укључује интеракцију с такозваним квантним вакуумом виртуалне плазме.

Проблем ефективног раздвајања набоја

Многи физичари песимистички тврде да је то нерјешиво. Постоје напредни пројекти у којима се развијају иновативне плазма јединице капацитета 5 МВ и импулс од 1000 км / с, али је њихов потисак још увијек премален да би се превазишле велике удаљености.

Програмери разумију овај проблем и траже друге приступе. Један од најперспективнијих пројеката у нашем времену је ВАСИМР. Специфични импулс је 50 км / с., А потисак је 6 невтона. То је само ВАСИМР заправо није плазма јединица. Зато што производи плазму високе температуре. Потребно је убрзање у Лаваловој млазници - без употребе електричне енергије, само због гасно-динамичких ефеката. И плазма се убрзава на исти начин као што гасни млаз покреће брзину на излазу из уобичајеног склопа ракете.

Закључак

У закључку, желео бих да кажем да ниједан плазма мотор за свемирску летелицу из постојећег у нашем времену не може да испоручи ракету чак и до најближих звезда. То се односи и на експериментално тестиране уређаје и на теоријски израчунате.

Многи научници долазе до песимистичког закључка - јаз између наше планете и звезда је фатално непремостив. Чак и пре система Алпха Центаури, чије су компоненте видљиве голим оком са Земље, удаљеност је 39,9 трилиона километара. Чак и на свемирском броду који је способан да путује брзину светлости превазилажење ове удаљености би било око 4,2-4,3 године.

Тако су плазма јединице звезданих бродова, прије, из сфере научне фантастике. Али то не умањује њихов значај! Користе се као маневарска, помоћна и корективна орбита мотора. Према томе, проналазак је потпуно оправдан.

Али нуклеарна импулсна јединица, која користи енергију експлозија, има потенцијални развојни потенцијал. У сваком случају, барем у теорији, могуће је слање аутоматске сонде у најближи звездани систем.