Физики испытали плазменный двигатель для самолетов
Плазменный двигатель - разновидность электрического ракетного двигателя, расходуемое вещество которого получает ускорение в состоянии плазмы (ионизированного газа). В отличие от жидкостных двигателей, такие системы не предназначены для вывода грузов на орбиту, поскольку могут работать только в вакууме, и сейчас используются, например, для удержания спутников на точке стояния. Кроме того, за счет уменьшения запасов рабочего тела при сравнительно высокой скорости его истечения, они рассматриваются как возможный способ совершения быстрых космических перелетов. Разработка плазменных установок ведется с середины XX века, а первый прототип был испытан NASA в 1961 году.
Принцип работы плазменного двигателя заключается в следующем. Газ, например ксенон, подается в рабочую камеру, внутренняя часть которой играет роль катода, а внешняя, удаленная от входа, - анода. При подаче на катод и анод постоянного напряжения магнитного поля в размере сотен вольт в рабочей камере возникает газовый разряд, и газ ионизируется (его атомы теряют электроны), превращаясь в плазму. Затем под действием силы Лоренца плазма вылетает из газоразрядной камеры, чем создает реактивную тягу. Так как генерация плазмы требует большого количества энергии для разделения ионов и электронов, тяговый импульс подобного двигателя полностью зависит от мощности магнитного поля и габаритов.
В существующих плазменных двигателях индукция магнитного поля составляет несколько сотен гаусс. Чтобы ускорить космический аппарат массой 100 тонн в вакууме по меньшей мере на 100 километров в час показатель должен достигать примерно 100 миллионов гаусс при суммарном импульсе около 10 миллионов килоньютонов. По словам авторов, их прототип существенно превосходит аналоги по показателю тяги. Согласно расчетам, при масштабировании до размеров стандартного авиационного двигателя, установка, в зависимости от напряжения, сможет обеспечить импульс в 50-150 килоньютонов. Пока испытания проводились на прототипе диаметром 14 миллиметров и длиной 80 миллиметров.
Устройство состоит из шести анодов, размещенных вокруг катода на удалении двух миллиметров. При подаче напряжения наносекундными импульсами (это позволило работать при давлении 0,1-1 бар) до 16 киловольт между катодом и анодом возникали газовые разряды, которые приводили к ионизации газа. Оценка тягового импульса проводилась с помощью 15-граммового маятника. Исходя из напряжения, подаваемого на катод и анод, его отклонение варьировалось от 5 до 25 градусов. Ученые отмечают, что потенциально подобные установки можно будет использовать в различных аппаратах, в том числе самолетах. Внедрение технологии, тем не менее, станет актуальным только после создания компактных и мощных источников энергии, например термоядерных реакторов.
Статья опубликована в журнале The Journal of Physics: Conference Series.
Ранее сообщалось, что китайские исследователи успешно испытали прототип «невозможного» двигателя EmDrive с чрезвычайно высокой тягой. Свой статус система получила за, предположительно, нарушение закона сохранения импульса.
