Para el trabajo a largo plazo en el espacio, se deben utilizar motores de cohetes eléctricos confiables con una velocidad de flujo de plasma del orden de ciento cinco metros por segundo o más. Los motores de plasma comenzaron a desarrollarse activamente a mediados del siglo pasado. Y hoy este trabajo continúa.
Iniciar investigación
Nuestros antepasados siempre han querido volar al espacio. Durante mucho tiempo, el gas se ha estudiado activamente mediante una descarga eléctrica. Se colocó en un recipiente de vidrio con electrodos. Luego, cuando se redujo la presión, aparecieron rayos que emanaban del cátodo, que en realidad, como se supo más tarde, era una corriente de electrones.
Y en 1886 se descubrió que, al hacer agujeros en el cátodo, otros rayos, átomos ionizados de gases, se estiraban en dirección opuesta a ellos. Pero claro, no tenían ni idea de que se utilizarían para obtener propulsión a chorro.
En tiempos de la Unión Soviética, en los laboratorios de la SOAN de Física y Tecnología se desarrollaban propulsores de iones y de plasma para aplicar estas tecnologías en vehículos para vuelos espaciales. El trabajo comenzó en la década de 1950.siglo veinte. Se han abierto dos tipos de dispositivos:
- motor erosivo (impulso);
- propulsor de plasma estacionario (no pulsado).
Son estos dos tipos los que se utilizan hasta el día de hoy.
Erosivo y estacionario
El motor de plasma que se conoce hoy en día funciona debido a la fuerza reactiva del chorro de plasma de la boquilla. El propio plasma se forma por medio de una descarga eléctrica. Para una fuente de energía de motor más simple, se selecciona un modo pulsado (motor de plasma erosivo). La fuente de energía es un condensador con una capacidad de 0,5 microfaradios y un voltaje de 10 kV. Se carga desde el transformador con diodos y una resistencia.
Con la ayuda de tales dispositivos, se forman impulsos de empuje pequeños y precisos, que no se pueden obtener con la operación de otros tipos de motores de cohetes. Los propulsores de plasma pulsado se probaron con éxito en 1964 en la estación espacial Zond-2.
SPD es una variante de un acelerador en una zona extendida y con una deriva cerrada de electrones. Dichos dispositivos pueden funcionar durante un largo período de tiempo. Dos motores de xenón se lanzaron por primera vez en 1972 a bordo del Meteor soviético.
Principio de funcionamiento: prototipo
La instalación funciona de la siguiente manera. El voltaje del capacitor es el espacio entre el colector conductor de corriente y los electrodos de la cámara de descarga. Cuando el voltaje alcanza el valor de ruptura, aparece una descarga eléctrica en la cámara del motor. El aire allí se calienta adiez mil unidades y adquiere un estado de plasma. La presión aumenta bruscamente y el chorro de plasma sale de la boquilla a gran velocidad.
El cohete, que está conectado al motor, recibe potencia de chorro del chorro. Para lograr una rotación suave, el cohete se sujeta con un cojinete de bolas y se equilibra con un contrapeso.
La unidad eléctrica más compleja es un colector que suministra corriente. Los espacios entre los electrodos no deben ser más de medio milímetro. Entonces, casi no habrá pérdida de energía del capacitor, y no se generará fricción adicional cuando el cohete comience a girar.
El propio cohete y todo el motor del cohete de plasma pueden tener diferentes tamaños, pero la potencia de la fuente y el tamaño del condensador deben coincidir. Para calcular las unidades básicas y el diseño del cohete, es conveniente utilizar el esquema después del cálculo mediante fórmulas especiales.
Valores experimentales en el ejemplo
En el ejemplo con un voltaje dado de seis mil vatios y una capacitancia del condensador de 0,510 (-6) f, como resultado de los cálculos, la energía que se libera en la cámara del motor es de 5,4 J. Y si la diferencia de temperatura es de 10000K, entonces el volumen de la cámara será igual a medio centímetro cúbico.
Entonces los elementos del circuito eléctrico serán:
- transformador 2205000V, con una potencia de 200 vatios;
- resistencia de alambre con una potencia de 100 vatios.
Este modelo tiene una tensión de funcionamiento de más de mil voltios y, por lo tanto, debetenga mucho cuidado cuando trabaje con él y observe todas las reglas de seguridad necesarias.
Reglas de seguridad para el experimento
- El lanzamiento lo realiza una sola persona. Otros pueden pararse a una distancia de un metro del dispositivo.
- Todas las operaciones y tocar la unidad con la mano solo se pueden realizar si está desconectada de la fuente de alimentación, después de esperar al menos un minuto después de eso. Entonces el condensador tendrá tiempo de descargarse.
- La fuente de alimentación debe estar ubicada en una caja metálica, cerrada por todos lados. Durante el funcionamiento, se conecta a tierra mediante un cable de cobre, cuyo diámetro debe ser de al menos un milímetro y medio.
¡Los propulsores de plasma para cohetes reales deben ser miles de veces más potentes! Tal vez aquellos que realizan experimentos con muestras pequeñas hoy, descubran nuevas posibilidades y propiedades del plasma mañana.
