Para trabalho de longo prazo no espaço, devem ser usados motores de foguete elétricos confiáveis com uma velocidade de fluxo de plasma da ordem de cento e cinco metros por segundo ou mais. Os motores de plasma começaram a ser desenvolvidos ativamente em meados do século passado. E hoje esse trabalho continua.
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Nossos ancestrais há muito desejam voar para o espaço. Por muito tempo, o gás foi estudado ativamente usando uma descarga elétrica. Foi colocado em um recipiente de vidro com eletrodos. Então, quando a pressão foi reduzida, apareceram raios emanados do cátodo, que na verdade, como se descobriu mais tarde, era uma corrente de elétrons.
E em 1886 descobriu-se que, ao fazer buracos no cátodo, outros raios, átomos ionizados de gases, esticavam-se na direção oposta a eles. Mas então, é claro, eles não tinham ideia de que seriam usados para obter empuxo de jato.
Nos tempos da União Soviética, os propulsores de íons e plasma foram desenvolvidos nos laboratórios da Física e Tecnologia SOAN para aplicar essas tecnologias em veículos para voos espaciais. Obra iniciada na década de 1950século XX. Dois tipos de dispositivos foram abertos:
- motor erosivo (impulso);
- propulsor de plasma estacionário (não pulsado).
São esses dois tipos que são usados até hoje.
Erosivo e estacionário
O motor de plasma que é conhecido hoje funciona devido à força reativa do jato de plasma do bocal. O próprio plasma é formado por meio de uma descarga elétrica. Para uma fonte de alimentação de motor mais simples, um modo pulsado (motor a plasma erosivo) é selecionado. A fonte de energia é um capacitor com capacitância de 0,5 microfarads e tensão de 10 kV. Ele é carregado do transformador com diodos e um resistor.
Com a ajuda de tais dispositivos, são formados impulsos de impulso pequenos e precisos, que não podem ser obtidos com a operação de outros tipos de motores de foguete. Os propulsores de plasma pulsado foram testados com sucesso em 1964 na estação espacial Zond-2.
SPD é uma variante de um acelerador em uma zona estendida e com uma deriva fechada de elétrons. Esses dispositivos podem funcionar por um longo período de tempo. Dois motores de xenônio foram lançados pela primeira vez em 1972 a bordo do Meteor soviético.
Princípio de funcionamento: protótipo
A instalação funciona da seguinte forma. A tensão para o capacitor é o intervalo entre o coletor condutor de corrente e os eletrodos da câmara de descarga. Quando a tensão atinge o valor de ruptura, uma descarga elétrica aparece na câmara do motor. O ar lá é aquecido adez mil unidades e adquire um estado de plasma. A pressão aumenta acentuadamente e o jato de plasma sai do bico com grande velocidade.
O foguete, que está conectado ao motor, recebe a potência do jato do jato. Para obter uma rotação suave, o foguete é fixado com um rolamento de esferas e equilibrado por um contrapeso.
A unidade elétrica mais complexa é um coletor que fornece corrente. As folgas entre os eletrodos não devem ser superiores a meio milímetro. Então quase não haverá perda de energia do capacitor e nenhum atrito adicional será gerado quando o foguete começar a girar.
O próprio foguete e todo o motor do foguete de plasma podem ter tamanhos diferentes, mas a potência da fonte e o tamanho do capacitor devem ser compatíveis. Para calcular as unidades básicas e o projeto do foguete, é conveniente usar o esquema após o cálculo por fórmulas especiais.
Valores experimentais no exemplo
No exemplo com uma determinada tensão de seis mil watts e uma capacitância do capacitor de 0,510 (-6) f, como resultado dos cálculos, a energia liberada na câmara do motor é de 5,4 J. E se a diferença de temperatura for 10000K, então o volume da câmara será igual a meio centímetro cúbico.
Então os elementos do circuito elétrico serão:
- transformador 2205000V, com potência de 200 watts;
- resistor de fio com potência de 100 watts.
Este modelo possui tensão de operação superior a mil volts, portanto, deve sertenha muito cuidado ao trabalhar com ele e observe todas as regras de segurança necessárias.
Regras de segurança para o experimento
- O lançamento é realizado por uma pessoa. Outros podem ficar a uma distância de um metro do dispositivo.
- Todas as operações e o toque manual da unidade só podem ser feitos se ela estiver desconectada da fonte de alimentação, após aguardar pelo menos um minuto após isso. Então o capacitor terá tempo para descarregar.
- A fonte de alimentação deve estar localizada em uma caixa metálica, fechada em todos os lados. Durante a operação, é aterrado por meio de um fio de cobre, cujo diâmetro deve ser de pelo menos um milímetro e meio.
Os propulsores de plasma para foguetes reais devem ser milhares de vezes mais poderosos! Talvez aqueles que realizam experimentos com pequenas amostras hoje descubram novas possibilidades e propriedades do plasma amanhã.
