Pour les travaux à long terme dans l'espace, des moteurs-fusées électriques fiables avec une vitesse d'écoulement du plasma de l'ordre de cent cinq mètres par seconde ou plus doivent être utilisés. Les moteurs à plasma ont commencé à être activement développés au milieu du siècle dernier. Et aujourd'hui, ce travail continue.
Démarrer la recherche
Nos ancêtres ont longtemps voulu voler dans l'espace. Pendant longtemps, le gaz a été activement étudié à l'aide d'une décharge électrique. Il a été placé dans un récipient en verre avec des électrodes. Ensuite, lorsque la pression a été réduite, des rayons émanant de la cathode sont apparus, qui en fait, comme on l'a découvert plus tard, était un flux d'électrons.
Et en 1886 on découvrit qu'en faisant des trous dans la cathode, d'autres rayons, des atomes ionisés de gaz, s'étiraient en sens inverse d'eux. Mais alors, bien sûr, ils n'avaient aucune idée qu'ils seraient utilisés pour obtenir une poussée de jet.
À l'époque de l'Union soviétique, des propulseurs ioniques et à plasma ont été développés dans les laboratoires du SOAN de physique et de technologie pour appliquer ces technologies dans des véhicules de vol spatial. Les travaux ont commencé dans les années 1950vingtième siècle. Deux types d'appareils ont été ouverts:
- moteur érosif (impulsion);
- propulseur à plasma stationnaire (non pulsé).
Ce sont ces deux types qui sont utilisés à ce jour.
Érosif et stationnaire
Le moteur à plasma connu aujourd'hui fonctionne grâce à la force réactive du jet de plasma provenant de la buse. Le plasma lui-même est formé au moyen d'une décharge électrique. Pour une source d'alimentation moteur plus simple, un mode pulsé (moteur à plasma érosif) est sélectionné. La source d'énergie est un condensateur d'une capacité de 0,5 microfarads et d'une tension de 10 kV. Il est chargé à partir du transformateur avec des diodes et une résistance.
Avec l'aide de tels dispositifs, des poussées d'impulsion petites et précises sont formées, ce qui ne peut pas être obtenu avec le fonctionnement d'autres types de moteurs-fusées. Des propulseurs à plasma pulsé ont été testés avec succès en 1964 sur la station spatiale Zond-2.
SPD est une variante d'accélérateur en zone étendue et à dérive fermée d'électrons. De tels appareils peuvent fonctionner pendant une longue période. Deux moteurs au xénon ont été lancés pour la première fois en 1972 à bord du Meteor soviétique.
Principe de fonctionnement: prototype
L'installation fonctionne comme suit. La tension du condensateur est l'écart entre le collecteur conducteur de courant et les électrodes de la chambre de décharge. Lorsque la tension atteint la valeur de claquage, une décharge électrique apparaît dans la chambre du moteur. L'air y est chauffé àdix mille unités et acquiert un état de plasma. La pression augmente brusquement et le jet de plasma s'écoule de la buse à grande vitesse.
La fusée, qui est connectée au moteur, reçoit la puissance du jet du jet. Pour obtenir une rotation douce, la fusée est fixée avec un roulement à billes et équilibrée par un contrepoids.
L'unité électrique la plus complexe est un collecteur qui fournit du courant. Les écarts entre les électrodes ne doivent pas dépasser un demi-millimètre. Ensuite, il n'y aura presque aucune perte de puissance du condensateur et aucun frottement supplémentaire ne sera généré lorsque la fusée commencera à tourner.
La fusée elle-même et l'ensemble du moteur-fusée à plasma peuvent avoir des tailles différentes, mais la puissance de la source et la taille du condensateur doivent correspondre. Pour calculer les unités de base et la conception des fusées, il est pratique d'utiliser le schéma après calcul par des formules spéciales.
Valeurs expérimentales sur l'exemple
Sur l'exemple avec une tension donnée de six mille watts et une capacité de condensateur de 0,510 (-6) f, à la suite de calculs, l'énergie libérée dans la chambre du moteur est de 5,4 J. Et si la différence de température est de 10 000 K, le volume de la chambre sera égal à un demi-centimètre cube.
Alors les éléments du circuit électrique seront:
- transformateur 2205000V, ayant une puissance de 200 watts;
- résistance filaire d'une puissance de 100 watts.
Ce modèle a une tension de fonctionnement supérieure à mille volts et doit donc êtresoyez très prudent lorsque vous travaillez avec et respectez toutes les règles de sécurité nécessaires.
Règles de sécurité pour l'expérience
- Le lancement est effectué par une seule personne. D'autres personnes peuvent se tenir à une distance d'un mètre de l'appareil.
- Toutes les opérations et le toucher de l'appareil à la main ne peuvent être effectués que s'il est déconnecté de l'alimentation électrique, après avoir attendu au moins une minute après cela. Ensuite, le condensateur aura le temps de se décharger.
- L'alimentation doit être située dans un boîtier métallique, fermé de tous côtés. Pendant le fonctionnement, il est mis à la terre au moyen d'un fil de cuivre dont le diamètre doit être d'au moins un millimètre et demi.
Les propulseurs à plasma pour les vraies fusées doivent être plusieurs milliers de fois plus puissants ! Peut-être que ceux qui mènent aujourd'hui des expériences avec de petits échantillons découvriront demain de nouvelles possibilités et propriétés du plasma.
