Плазменные двигатели: исторические факты, виды, опыт

Для длительной работы в космосе должны использоваться надежные электроракетные двигатели со скоростью истечения плазмы порядка ста пяти метров в секунду и больше. Плазменные двигатели начали активно разрабатывать еще в середине прошлого века. И сегодня эта работа продолжается.

Начало исследований

В космос наши предки давно хотели полететь. Уже давно активно изучался газ при помощи электрического разряда. Его помещали в стеклянную емкость с электродами. Тогда при снижении давления появлялись лучи, исходящие из катода, что на самом деле, как позже выяснили, было потоком электронов.

плазменные двигатели

А в 1886 году обнаружилось, что, проделывая отверстия в катоде, в обратном направлении от них тянулись другие лучи — ионизированные атомы газов. Но тогда, конечно, не догадывались, что их будут применять для получения реактивной тяги.


Во времена Советского Союза в лабораториях физико-технического СОАН разрабатывались ионные и плазменные двигатели, чтобы применять эти технологии в аппаратах для полета в космос. Работа началась еще в пятидесятые годы двадцатого столетия. Были открыты два типа устройств:

  • эрозионный двигатель (импульсный);
  • стационарный плазменный двигатель (неимпульсный).

Именно эти два вида и используются по сей день.

Эрозионный и стационарный

плазменный двигатель

Плазменный двигатель, который известен сегодня, функционирует за счет реактивной силы струи плазмы из сопла. Сама плазма образуется посредством электроразряда. Для более простого источника питания мотора выбирается импульсный режим (эрозионный плазменный двигатель). В качестве энергоисточника выступает конденсатор, емкость которого составляет 0,5 мкФ, а напряжение — 10 кВ. Его зарядка происходит от трансформатора диодами и резистором.


С помощью таких устройств образуются малые и точные импульсные тяги, которые невозможно получить при работе других типов ракетных моторов. Успешные испытания импульсные плазменные двигатели прошли в 1964 году на космической станции «Зонд-2».

СПД является вариантом ускорителя на протяженной зоне и с замкнутым дрейфом из электронов. Такие устройства способны работать длительный период времени. Два двигателя на ксеноне были впервые запущены в 1972 году на борту советского «Метеора».

Принцип действия: опытный образец

Работа установки производится следующим образом. Напряжением для конденсатора является зазор между коллектором, проводящим ток, и электродами разрядной камеры. При достижении напряжением величины пробоя, в камере двигателя появляется электроразряд. Воздух там нагревается до десяти тысяч единиц и приобретает плазменное состояние. Давление с резкостью увеличивается, и струя плазмы с огромной скоростью вытекает из сопла.

Ракета, которая соединена с двигателем, получает реактивную силу от струи. Для осуществления мягкого вращения ракета прикрепляется шариковым подшипником и благодаря противовесу уравновешивается.

Самым сложным электроузлом является коллектор, подводящий ток. Зазоры между электродами должны быть не более половины миллиметра. Тогда мощность при передаче от конденсатора почти не потеряется, и не будет образовано дополнительное трение, когда ракета начнет вращаться.


Сама ракета и весь плазменный ракетный двигатель могут иметь разные размеры, однако должно соблюдаться соответствие мощности источника и размера конденсатора. Для расчета базовых узлов и конструкции ракеты удобно использовать схему после вычисления по специальным формулам.

стационарный плазменный двигатель

Опытные значения на примере

На примере с заданным напряжением в шесть тысяч Ватт и емкости конденсатора 0, 10(-6) ф в результате вычислений получится энергия, которая выделяется в камере двигателя, равная 5,4 Дж. А если разница температур составит 10000К, то объем камеры получится равный половине кубического сантиметра.

Тогда элементами электрической схемы станут:

  • трансформатор 220*5000В, имеющий мощность 200 Ватт;
  • резистор проволочный, имеющий мощность 100 Ватт.

Эта модель имеет рабочее напряжение более тысячи вольт, а поэтому необходимо быть очень осторожным при работе с ней и соблюдать все необходимые правила безопасности.

Правила безопасности при проведении опыта

  1. Запуск проводит один человек. Другие могут стоять в отдалении на расстоянии от одного метра от прибора.
  2. Все операции и касания установки руками можно делать только в том случае, если она отключена от питания, выждав не менее минуты после этого. Тогда конденсатор успеет разрядиться.
  3. Источник питания должен быть расположен в корпусе из металла, закрытом со всех сторон. При работе он заземляется посредством медного провода, диаметр которого должен составлять не менее полутора миллиметров.

плазменный ракетный двигатель

Плазменные двигатели для настоящих ракет должны иметь мощность в несколько тысяч раз больше! Может, тем, кто сегодня проводит опыты с маленькими образцами, завтра предстоит открывать новые возможности и свойства плазмы.

Плазма (агрегатное состояние). Искусственно созданная и природная ...
Кроме трёх привычных форм одного вещества, в природе существует и другое агрегатное состояние – плазма. Это наиболее редкая в земных условиях трансформация материи, но вместе с тем и невероятно интересная, наделённая самыми необычными свойствами.
далее
Ядерные двигатели для космических кораблей
Россия была и сейчас остается лидером в области ядерной космической энергетики. Опыт проектирования, строительства, запуска и эксплуатации космических аппаратов, оснащенных ядерным источником электроэнергии, имеют такие организации, как РКК ...
далее
Реактивный двигатель: принцип действия (кратко). Принцип работы ...
Под реактивным понимают движение, при котором от тела с определенной скоростью отделяется одна из его частей. Возникающая в результате такого процесса сила действует сама по себе. Другими словами, у нее отсутствует даже малейший контакт с внешними ...
далее
Термоядерные реакторы в мире. Первый термоядерный реактор
Начиная с 1970 годов, начало коммерческого использования энергии ядерного синтеза постоянно отодвигалось на 40 лет. Однако в последние годы произошло многое, благодаря чему этот срок может быть сокращен.
далее
Новейшие военные разработки России. Перспективные военные разработки ...
Перевооружение флота и армии заключается не только в поставке в войска современной техники. В Российской Федерации постоянно создаются новые виды вооружений. Также решается их перспективное развитие. Рассмотрим далее новейшие военные разработки ...
далее
Антигравитационный двигатель Леонова Владимира Семеновича: принцип действия, испытания. Теория суперобъединения
Относительно экспериментов физика и изобретателя Владимира Леонова, разрабатывающего антигравитационный аппарат, возникло много споров. Сторонники верят в новый научный прорыв, а противники считают работы учёного псевдонаукой. Кто прав и какие исследования учёного стали предметом горячих дискуссий?
далее
Антигравитационный двигатель Леонова Владимира Семеновича: принцип действия, испытания. Теория суперобъединения
Квантовый двигатель Леонова: принцип действия и устройство
Квантовый двигатель... Понятие, которые тревожило и волнует многие ученые умы, да и мысли простых обывателей. Наверное, каждый человек слышал об этом научном явлении. А для тех, кто не слышал, в статье будут описаны основные факты из истории.
далее
Квантовый двигатель Леонова: принцип действия и устройство
Аппарат для плазменной резки и сварки: лучшие модели
Аппарат для плазменной резки и сварки приобрел обширное распространение за счет обеспечения возможности выполнения задач с высокой эффективностью в короткие сроки. При помощи него можно работать практически с любым металлом и электропроводящими материалами.
далее
Аппарат для плазменной резки и сварки: лучшие модели
Российские ракетные двигатели РД-180: характеристики
Единственный жидкостный двигатель РД-180 оптимально подходит под объявленные американским правительством тендерные закупки. По оценкам экспертов, характеристики этих комплектующих идеально подходят под тяжелые ракетоносители и потребности NASA.
далее
Российские ракетные двигатели РД-180: характеристики
Портальная машина термической резки. Промышленное оборудование
Портальная машина термической резки — оборудование удобное и производительное. Существует несколько разновидностей станков этого типа. Металл можно резать с использованием лазера, плазмоида или кислородной головки.
далее
Портальная машина термической резки. Промышленное оборудование