Motori jon - parimi i funksionimit, historia dhe perspektivat. Shtytja e avionit ose si funksionon një motor jon jet

Problemi kryesor në eksplorimin e hapësirës së jashtme është jashtëzakonisht shpejtësi të ulëta në avionët e zhvilluar nga njerëzimi. Zhvillimet moderne gjithashtu kanë një konsum të madh të karburantit. Kështu, nëse ndërtoni një raketë dhe e lëshoni, për shembull, në Mars dhe mbrapa, atëherë anija do të jetë thjesht e madhe. Dhe pjesa më e madhe do të zënë karburant. Përafërsisht, ulja në Mars kërkon më shumë se një miliard ton cilësi të lartë karburant raketash... Për fat të mirë, një zhvillim i tillë modern i shkencëtarëve si motori jon do të jetë në gjendje ta zgjidhë këtë problem në të ardhmen e afërt. Teorikisht, mund të përshpejtohet në dyqind kilometra në sekondë. Përparësitë kryesore janë shpejtësitë e mëdha të zhvilluara dhe një furnizim i vogël i karburantit. Një njësi e tillë si një motor jon kërkon vetëm energji elektrike dhe gaz inert për të funksionuar. Sidoqoftë, ai gjithashtu ka disa disavantazhe, për shembull, shpejtësia e dobët e nxitimit. Kjo e bën të mendojë për problemet e shumta të përdorimit të motorit në prani të fushave gravitacionale.

Motori jon: parimi i funksionimit

Për shkak të tensionit të lartë, gazi jonizohet në një dhomë të veçantë. Si rezultat, jonet e gazit fillojnë të hidhen larg dhomës dhe krijojnë shtytje. Sidoqoftë, meqenëse ky është një reagim zinxhir, dhe shtytja rritet shumë ngadalë dhe gradualisht, do të duhen rreth gjashtë muaj për të përshpejtuar në dyqind kilometra në sekondë. Frenimi kërkon të njëjtën kohë. Nga ana tjetër, në mënyrë objektive, këto shifra janë shumë të vogla në krahasim me ato të motorëve modernë të hapësirës, ​​të cilët do të duhej të shpenzonin njëzet herë më shumë kohë për të arritur rezultate të një cilësie të ngjashme. Për më tepër, gazi inert merr qindra herë më pak hapësirë ​​sesa karburanti i raketave. Problemi i vetëm që është vështirë të zgjidhet është disponueshmëria e energjisë elektrike. Panelet diellore thjesht nuk janë të mjaftueshme për të drejtuar pajisje të tilla si shtytësit e joneve, kështu që ka të ngjarë të ketë një reaktor bërthamor.

Një disavantazh tjetër është manovrimi i ulët. Gjithashtu çështja kryesore është problemi me gravitetin. Pasi të jetë brenda fushës së Tokës, motori thjesht nuk do të funksionojë. Nga ana tjetër, në kushtet e hapësirës së hapur ende nuk ka analoge të një pajisjeje të tillë si një motor jon.

Pak histori dhe perspektivë

Në literaturën e trillimeve shkencore, pajisje të tilla u hasën mjaft shpesh. Sidoqoftë, vetëm në vitin 1960 u krijua një motor jon me duart e tyre (ose më saktë, nga duart e shkencëtarëve të NASA -s). Ajo u quajt një pajisje elektrostatike me rreze të gjerë. Tashmë në fillim të viteve shtatëdhjetë, motorët elektrostatikë të merkurit u testuan në hapësirën e jashtme.

Nga fundi i viteve shtatëdhjetë, gjeneratorët e efektit Hall u përdorën në Bashkimin Sovjetik. Si motori kryesor, joni u përdor në anijen kozmike amerikane në 1998. Ajo u pasua nga sonda evropiane, japoneze anije kozmike në 2003 Sot NASA po zhvillon një projekt të famshëm të quajtur Prometheus. Për të po ndërtohet një motor jon super i fuqishëm, i cili mundësohet nga një reaktor bërthamor.

Motorët hapësinorë të së ardhmes

Ndërtimi i motorit jon

Ne vazhdojmë të flasim për llojet e motorëve.

Problemi i lëvizjes në hapësirë ​​është përballur me njerëzimin që nga fillimi i fluturimeve orbitale. Një raketë që ngrihet nga toka konsumon pothuajse të gjithë karburantin e saj, plus ngarkesa të përshpejtuesve dhe fazave. Dhe nëse raketa ende mund të shqyhet nga toka, duke e mbushur atë me një sasi të madhe karburanti, në kozmodrom, atëherë në hapësirën e hapur thjesht nuk ka askund dhe asgjë për të furnizuar. Por pasi të dilni në orbitë, duhet të vazhdoni. Dhe nuk ka karburant.

Dhe ky është problemi kryesor i kozmonautikës moderne. Ende është e mundur të hedhësh një anije kozmike në orbitë me një rezervë karburanti deri në Hënë, sepse kjo teori po bën plane për të krijuar një bazë karburanti në Hënë për anijet kozmike "me rreze të gjatë" që fluturojnë, për shembull, në Mars. Por e gjithë kjo është shumë e ndërlikuar.

Dhe zgjidhja e problemit u krijua shumë kohë më parë, në 1955, kur Aleksey Ivanovich Morozov botoi një artikull "Për përshpejtimin e plazmës nga një fushë magnetike". Në të, ai përshkroi konceptin e një motori hapësinor thelbësisht të ri.

Pajisja e Motorit të Plazmës Jon

Parimi i funksionimit motor plazma konsiston në faktin se lëngu i punës nuk është një lëndë djegëse, si në, por një rrymë jonesh të përshpejtuara nga një fushë magnetike në shpejtësi të çmendura.

Burimi i joneve është gazi, zakonisht argoni ose hidrogjeni, rezervuari i gazit është në fillim të motorit, prej aty gazi futet në ndarjen e jonizimit, merret një plazmë e ftohtë, e cila nxehet në ndarjen tjetër me anë të të ngrohjes me rezonancë të ciklotronit jonik. Pas ngrohjes, plazma me energji të lartë futet në një hundë magnetike, ku formohet në një rrjedhë me anë të një fushe magnetike, përshpejtohet dhe hidhet në mjedisit... Kështu arrihet tërheqja.

Që atëherë, shtytësit e plazmës kanë kaluar mënyrë e madhe dhe u ndanë në disa lloje kryesore, këta janë motorët elektrotermal, motorët elektrostatikë, motorët me rrymë të lartë ose magnetodinamike dhe motorët impulsivë.

Nga ana tjetër, motorët elektrostatikë ndahen në jonikë dhe plazma (përshpejtuesit e grimcave në plazmën kuazineutrale).

Në këtë artikull do të shkruajmë për modernen motorët jonikë dhe ata zhvillime premtuese, pasi që sipas mendimit tonë e ardhmja e flotës hapësinore u takon atyre.

Motori jon përdor ksenon ose merkur si lëndë djegëse. Shtytësi i parë i joneve u quajt një shtytës jon elektrostatik rrjetë.

Parimi i funksionimit të tij është si më poshtë:

Jonizuesi ushqehet ksenon, e cila në vetvete është neutrale, por jonizohet kur bombardohet me elektrone me energji të lartë. Kështu, një përzierje e joneve pozitive dhe elektroneve negative formohet në dhomë. Për të "filtruar" elektronet, një tub me rrjeta katodash futet në dhomë, e cila tërheq elektronet në vetvete.

Jonet pozitive tërhiqen nga sistemi i nxjerrjes, i cili përbëhet nga 2 ose 3 rrjeta. Midis rrjeteve të mbështetura një ndryshim i madh potencialet elektrostatike (+1090 volt në pjesën e brendshme kundrejt - 225 në pjesën e jashtme). Si rezultat i goditjes së joneve midis rrjetave, ato përshpejtohen dhe hidhen në hapësirë, duke përshpejtuar anijen, sipas ligjit të tretë të Njutonit.

Motorët e joneve ruse. Të gjithë ata tregojnë qartë tubat katodë të drejtuar drejt hundës.

Elektronet e bllokuar në tubin katodë hidhen nga motori në një kënd të vogël në hundën dhe rrjedhën e joneve. Kjo bëhet për dy arsye:

Së pari, në mënyrë që bykja e anijes të mbetet e ngarkuar në mënyrë neutrale, dhe së dyti, në mënyrë që jonet e "neutralizuar" në këtë mënyrë të mos tërhiqen përsëri në anije.

Që motori jon të funksionojë, nevojiten vetëm dy gjëra - gaz dhe energji elektrike. Me të parën, gjithçka është mirë, motori i automjetit ndërplanetar amerikan Dawn, i cili u lançua në vjeshtën e vitit 2007, do të kërkojë vetëm 425 kilogramë ksenon për një fluturim për gati 6 vjet. Në krahasim, 7.5 ton karburant konsumohen çdo vit për të korrigjuar orbitën e ISS duke përdorur motorë raketë konvencionalë.

Një gjë është e keqe - motorët jon kanë një shtytje shumë të ulët, të rendit prej 50-100 milinwton, e cila është absolutisht e pamjaftueshme kur lëvizni në atmosferën e Tokës. Por në hapësirë, ku praktikisht nuk ka rezistenca, motori jon mund të arrijë shpejtësi të konsiderueshme gjatë nxitimit të zgjatur. Rritja totale e shpejtësisë për të gjithë kohëzgjatjen e misionit Agimi do të jetë rreth 10 kilometra në sekondë.

Test i Drive me Jon në Hapësirë ​​të thellë

Testet e fundit të kryera Kompani amerikane Ad Astra Rocket, e kryer në një dhomë vakumi, tregoi se Raketa e tyre e re Variabël Specifik Impulse Magnetoplasma VASIMR VX-200 mund të sigurojë 5 Njuton shtytje.

Pyetja e dytë është energjia elektrike. I njëjti VX-200 konsumon 201 kW energji. Panelet diellore thjesht nuk janë të mjaftueshme për një motor të tillë. Prandaj, është e nevojshme të shpiken mënyra të reja për të marrë energji në hapësirë. Ka dy mënyra këtu - bateri të karburantuara, të tilla si tritium, të cilat vihen në orbitë së bashku me anijen, ose një reaktor bërthamor autonom, i cili do të furnizojë anijen gjatë gjithë fluturimit.

Në rastin e dytë, në kushtet e hapësirës dhe temperaturat e ulëta të tij, projekti i një anije me një reaktor shkrirjeje në bord duket më interesant, por deri më tani NASA po zhvillon vetëm një reaktor bërthamor.

Këto studime po kryhen si pjesë e projektit Prometheus. NASA planifikon të nisë një sondë bërthamore në sistemin diellor, të pajisur me motorë të fuqishëm jon të mundësuar nga një reaktor bërthamor në bord.

Më në fund video e testeve motori jon VX-200

Grupi i shpikjeve lidhet me një motor jon (ID) për një anije kozmike dhe një metodë për funksionimin e tij. ID (1) përfshin një dhomë jonizimi (2) me një gjenerator me frekuencë të lartë (4) të një fushe elektromagnetike jonizuese. Sistemi (7) për përshpejtimin e bartësve të ngarkesës ka grila shqyrtimi (8) dhe përshpejtuese (9). ID është e pajisur me një neutralizues (14). Tensionet e larta për sistemin (7) dhe ndoshta neutralizuesin (14) merren me mjetet e para (12), i cili i merr këto tensione nga qarku i gjeneratorit (4). Fuqia me frekuencë të lartë mund të tërhiqet me anë të kondensatorëve ose mbështjelljeve. Mjetet (22) dhe (23) mund të sigurohen për drejtimin dhe zbutjen e streseve. Rezultat teknik grupi i shpikjeve është krijimi i një motori joni strukturor më të thjeshtë dhe më të lirë, funksionimi i të cilit siguron besueshmëri dhe kostot minimale për menaxhimin. 2 n dhe 10 c.p. f-ly, 1 dwg.

Shpikja lidhet me një motor jon për një anije kozmike, duke përfshirë një gjenerator me frekuencë të lartë për gjenerimin e një fushe elektromagnetike alternative të përdorur për të jonizuar karburantin dhe një sistem të përshtatshëm për përshpejtimin e joneve.

Fluturimet hapësinore po përdorin gjithnjë e më shumë sisteme shtytëse elektrike për të siguruar shtytje për satelitët ose sondat hapësinore pasi të jenë ndarë nga mjeti i lëshimit. Sistemet shtytëse elektrike përdoren veçanërisht për të korrigjuar orbitën e satelitëve të komunikimit gjeostacionar (e ashtuquajtura mbajtje në orbitë). Për këtë, përdoren kryesisht sistemet shtytëse jonike dhe sistemet shtytëse të plazmës SPT. Të dy llojet prodhojnë shtytje duke nxjerrë jonet e përshpejtuara. Për të parandaluar ngarkimin e satelitit, fluksi i joneve të emetuar neutralizohet. Zakonisht, elektronet e kërkuara për këtë sigurohen nga një burim i veçantë elektronesh dhe futen në rrjedhën e joneve me anë të bashkimit të plazmës.

Në sistemet e shtytjes së joneve me frekuencë radio (RIT), karburanti jonizohet nga një fushë elektromagnetike e alternuar dhe më pas përshpejtohet nga një fushë elektrostatike për të krijuar shtytje. Pasi kalon përmes neutralizuesit, i cili përsëri shton elektrone në rreze jonike dhe kompenson ngarkesën pozitive të hapësirës së krijuar, grimcat nxirren në formën e një rrezeje. Funksionimi i një motori të tillë jon kërkon një furnizim me gaz, një gjenerator me frekuencë të lartë për të krijuar një fushë elektromagnetike alternative dhe burime të tensionit të lartë për të krijuar një fushë që përshpejton transportuesit e ngarkesës. Në sistemet konvencionale të grilave, për të krijuar një fushë elektrostatike për të përshpejtuar jonet, është e nevojshme të koordinoni tensionet e gjeneratorit të tensionit të lartë dhe sistemin e grilës për të krijuar shtytje. Asnjanësuesi gjithashtu kërkon të paktën një burim tensioni për të neutralizuar rrezen e jonit pozitiv me elektrone nga burimi i elektroneve.

Motori jon është i thjeshtë në dizajn dhe besueshmëri e lartë... Sidoqoftë, përbërësit elektronikë të kërkuar për të fuqizuar montimet e përshkruara janë komplekse dhe të shtrenjta.

Prandaj, objekti i shpikjes aktuale është të zhvillojë një motor jon për një anije kozmike, në veçanti sistemin shtytës RIT, i cili do të ishte strukturorisht më i thjeshtë dhe më i lirë për t’u prodhuar. Më tej, një objekt i shpikjes aktuale është të sigurojë një metodë për funksionimin e një motori jonik, në veçanti një sistem shtytës RIT, me të cilin është e mundur të rritet besueshmëria operacionale dhe të minimizohen kostot e kontrollit.

Ky problem zgjidhet me anë të motorit jon, të përshkruar në pretendimin 1 të formulës, dhe metodës përkatëse të funksionimit të motorit jon. Modelet e preferuara vijojnë nga klauzolat e varura.

Objekti i shpikjes është një motor jon për një anije kozmike, i cili përfshin një gjenerator me frekuencë të lartë për gjenerimin e një fushe elektromagnetike alternative të përdorur për të jonizuar karburantin, kryesisht gazin, dhe një sistem të përshtatshëm për përshpejtimin e transportuesve të ngarkesës që rezultojnë. Shpikja karakterizohet në atë që motori jon përfshin mjetet e para për marrjen e tensioneve të larta të nevojshme për sistemin e nxitimit të bartësve të ngarkesës nga rrymat dhe / ose tensionet e krijuara nga një gjenerator me frekuencë të lartë për të krijuar një fushë elektromagnetike të alternuar.

Shtytësi shpikës i joneve është një sistem shtytës joni me jonizim me frekuencë të lartë, kryesisht radio-frekuencë (Radio Frekuenca Jon Thruster, RIT). Gazi përdoret kryesisht si lëndë djegëse, siç është ksenoni. Shtytësi i joneve sipas shpikjes ka përparësinë që, duke thjeshtuar sistemin e furnizimit me energji, pesha e shtytësit të joneve mund të zvogëlohet në krahasim me shtytësit konvencionale të joneve. Në të njëjtën kohë, besueshmëria operacionale rritet dhe kostot e menaxhimit minimizohen.

Në një mishërim, sistemi i nxitimit të bartësit përfshin një grilë të parë, në veçanti një grila mbrojtëse, dhe të paktën një grila të dytë, në veçanti një grila nxitimi. Nëse sistemi i rrjetit ka më shumë se dy rrjetet e mësipërme, atëherë tensioni i lartë i kërkuar për rrjetat shtesë merret me anë të mjeteve të para nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë.

Në një mishërim të parë, mjeti i parë për nxjerrjen e një pjese të energjisë së gjeneruar nga gjeneratori me frekuencë të lartë përfshin të paktën një kondensator të lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë.

V opsion alternativ Mjetet e para për nxjerrjen e një pjese të energjisë së gjeneruar nga gjeneratori me frekuencë të lartë përfshin të paktën një spirale bashkuese të lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë, në terminalet e spirales të së cilës tensionet e kërkuara për sistemin e nxitimit, në veçanti sistemin e grilës , janë dhënë. Në veçanti, të paktën një spirale bashkuese është bërë në formën e një dredha-dredha dytësore të një transformatori, e cila është e lidhur me spiralen e gjeneratorit me frekuencë të lartë si dredha-dredha kryesore e një transformatori.

Transformatori i tensionit të lartë, i projektuar me mundësinë e integrimit në sistemin me frekuencë të lartë, siguron në daljen e tij tension për sistemin përshpejtues. Gjithashtu mund të sigurohet që të paktën një spirale bashkuese të ketë një rubinet ose disa çezma të izoluara në mënyrë galvanike nga spiralja e gjeneratorit me frekuencë të lartë.

Opsionale, mund të sigurohet një mjet i dytë për korrigjimin e tensioneve të marra nga gjeneratori me frekuencë të lartë për sistemin e nxitimit (sistemi i rrjetit). Para së gjithash, korrigjimi i tensionit sigurohet për sistemin përshpejtues të motorit jon, burimet e joneve, neutralizuesit ose burimet e elektroneve.

Më tej, mund të jetë e këshillueshme që të sigurohet një mjet i tretë për zbutjen e tensioneve të korrigjuar për sistemin e përshpejtuesit. Sistemi i zbutjes mund të kryhet me anë të një qarku mbështjelljesh (L) dhe / ose kondensatorëve (C) dhe / ose rezistencave (R). Para së gjithash, konturet LC, L, C ose RLC mund të sigurohen për zbutjen. Për më tepër, një lak mbështjellësish dhe / ose kondensatorësh dhe / ose rezistencash është krijuar gjithashtu për të optimizuar pozicionin fazor të sistemit të nxitimit. Në një sistem shtytës jon RF, pozicioni i fazës dhe tensionit duhet të rregullohet në mënyrë që fluksi mesatar i joneve të korrespondojë me fluksin mesatar të elektroneve. Kjo e fundit, siç është shpjeguar tashmë në fillim, gjithashtu mund të sigurohet nga një neutralizues i veçantë.

Për funksionimin e duhur të motorit jon, përbërësit përkatës duhet të pajisen me tensionin e duhur të furnizimit. Vendosja e raportit të tensioneve midis tensioneve përkatëse të sistemit të rrjetit dhe tensionit të gjeneratorit me frekuencë të lartë në përputhje me një mishërim ndodh me anë të një faze të tensionit të lartë, duke përfshirë disa kondensatorë dhe dioda, dhe / ose me anë të raportit të numrit të kthesave të spirales së gjeneratorit me frekuencë të lartë me numrin e kthesave të spirales bashkuese. Me anë të fazës së tensionit të lartë, tensioni i gjeneruar nga gjeneratori me frekuencë të lartë mund të rritet. Një qark i tillë kaskade njihet gjithashtu me termin "pompë ngarkimi".

Sipas një mishërimi të mëtejshëm të preferuar, sigurohet të paktën një ndërprerës i kontrollueshëm midis gjeneratorit me frekuencë të lartë dhe sistemit të përshpejtimit për të kontrolluar rrjedhën e transportuesve të ngarkesës me kalimin e kohës. Të paktën një ndërprerës i kontrollueshëm mund të bëhet si ndërprerës mekanik ose elektronik. Para së gjithash, mund të sigurohen çelsat gjysmëpërçues.

V ekzekutimi i radhës sigurohet një mjet i katërt për përmbysjen e polaritetit të tensioneve në sistemin e grilës për nxjerrjen dhe nxitimin e joneve dhe elektroneve. V ky zbatimështë e mundur të heqësh dorë nga përdorimi i një ndreqësi të përfshirë pas mjeteve të para, pasi polariteti në përbërësit e sistemit të përshpejtimit ndryshon në lidhje me njëri -tjetrin dhe kryhet një brez alternativ i elektroneve dhe joneve. Këshillohet që të zgjidhni tensionet në sistemin e nxitimit në mënyrë të tillë që fluksi i joneve preferohet të jetë ekuivalent me fluksin e elektroneve. Faza e përbërësve të sistemit të nxitimit, siç është shpjeguar tashmë, mund të ndikohet nga qarqet e përshtatshme RCL. Avantazh shtesë Ky mishërim konsiston në faktin se është e mundur të heqësh dorë nga një neutralizues i veçantë, i cili rezulton në një thjeshtim shtesë të motorit jonik.

Në një mishërim alternativ, motori jon ka një neutralizues, ndërsa tensioni i kërkuar për funksionimin e tij merret nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë për të krijuar një fushë elektromagnetike të alternuar dhe, mbi të gjitha, sigurohet nga mjetet e para. Motori jon sipas shpikjes në këtë mishërim siguron që nuk ka burim të veçantë të tensionit për funksionimin e konvertuesit. Kjo krijon modelin e thjeshtuar të shpjeguar tashmë me një peshë të zvogëluar të sistemit shtytës jonik.

Alsoshtë gjithashtu një objekt i shpikjes për të siguruar një metodë për funksionimin e një motori jon për një anije kozmike, e cila përfshin një gjenerator me frekuencë të lartë për gjenerimin e një fushe elektromagnetike alternative të përdorur për karburant jonizues, dhe një sistem grilë me sistem i përshtatshëm përshpejtimin e bartësve të ngarkesave. Sipas shpikjes, tensionet e larta të kërkuara për sistemin e nxitimit të bartësit të ngarkesës merren nga rrymat dhe / ose tensionet e krijuara nga një gjenerator me frekuencë të lartë për të krijuar një fushë elektromagnetike të alternuar. Me këtë janë të njëjtat avantazhe siç u shpjegua më lart në lidhje me motorin jon sipas shpikjes.

Një figurë e vetme shfaq një pamje skematike seksion kryq motor jon sipas shpikjes.

Motori jon 1 ka një dhomë shkarkimi 2 (jonizues). Një karburant, siç është gazi ksenon, mund të furnizohet në dhomën e shkarkimit të jonizimit 2 përmes një valvule që nuk tregohet në hyrjen 3. Një spirale 5 e mbështjellë rreth dhomës së shkarkimit 2 së bashku me një gjenerator me frekuencë të lartë 4 për të krijuar një fushë elektromagnetike alternative është bërë brenda dhomës së shkarkimit 2 për të jonizuar karburantin. Një dalje 6 sigurohet në skajin e kundërt të dhomës së shkarkimit 2, përballë hyrjes 3, dalja 6 është ngjitur me një sistem grilë 7, i cili ka një grilë mbrojtëse (një spirancë të kufirit të plazmës) si një grilë e parë 8, dhe një grilë nxitimi si një grilë e dytë 9. Për funksionimin e sistemit të grilës 7, grilë e parë 8 kërkon pozitive, dhe grilë e dytë 9 - tension i lartë negativ. Tensioni pozitiv i furnizimit merret nga terminali i mundshëm 10 për rrjetin e parë 8, dhe tensioni i lartë negativ merret nga terminali i mundshëm 11 për rrjetin e dytë 9.

Motori jon 1 i treguar në mënyrën e njohur ka një neutralizues 14. Ky i fundit përfshin një dhomë 15, përmes hyrjes 17 të së cilës një gaz, për shembull ksenon, futet në dhomën 15. Dhoma 15 është e rrethuar nga elektroda 16a, 16b kështu që në daljen 18 të dhomës 15 një rreze elektroni 24 ekuivalente me rrezen e jonit 19 mund të gjenerohet për të neutralizuar rrezen e jonit 19. Një tension i lartë aplikohet në terminalet e mundshëm 25a , 25b e elektrodave neutralizuese 16a, 16b për të fuqizuar neutralizuesin.

Duke ndryshuar polaritetin në sistemin e grilës 7 të motorit jon 1 në vend të joneve nga dhoma e shkarkimit 2, është gjithashtu e mundur të nxjerrim elektrone dhe t'i përshpejtojmë ato me anë të sistemit të grilës 7. Duke zgjedhur në mënyrë të përshtatshme kohën e nxjerrjes së joneve dhe elektronet dhe / ose vlerat e tensionit në kontaktet e mundshme 10, 11 për nxjerrjen e të dyja fazave, mund të vendosni fluksin e elektroneve ekuivalent me fluksin e joneve. Në këtë rast, mund të hiqni dorë nga neutralizuesi 14.

Kështu, motori jon 1 në një mënyrë të njohur përfshin tre zona funksionale: një zonë 50 për prodhimin e joneve, një zonë 52 për jonet përshpejtuese dhe një zonë opsionale 54 për neutralizimin e rrezes së joneve.

Gjenerimi i tensioneve të larta të nevojshme për funksionimin e motorit jon për rrjetin 7 dhe neutralizuesin opsional 14 nuk bëhet nga burimet e veta të tensionit të furnizimit, por me mjetet e para 12, me ndihmën e të cilave tensionet e kërkuara për sistemin e rrjetit 7 merren nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë 4 dhe një neutralizues opsional. Në figurë, gjenerimi i tensioneve të larta përkatëse simbolizohet nga lidhja (shigjeta 13) midis gjeneratorit me frekuencë të lartë 4 dhe mjeteve të para 12.

Gjenerimi i tensioneve të larta dhe prania e tyre në terminalet e mundshëm 10, 11 dhe opsionalisht 25a, 25b mund të ndodhë, për shembull, në atë mënyrë që një pjesë e fuqisë me frekuencë të lartë të merret me anë të kondensatorëve (nuk tregohet) nga spiralja 5 e lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë 4. te kondensatorët, tensioni korrigjohet me anë të mjetit të dytë nga ndreqësi 22 dhe, sipas dëshirës, ​​zbutet me anë të mjetit të tretë 23. Nëse tensioni i kërkuar për grilat 8, 9 të sistemit të grilave 7 është më i lartë se tensioni i marrë nga qarku me frekuencë të lartë, atëherë një qark kaskade mund të sigurohet në mjetet e para 12, i cili përfshin kondensatorë dhe dioda, gjë që rrit tensionin në vlerën e kërkuar. Qarku përkatës mund të sigurohet edhe për elektrodat neutralizuese 16a, 16b.

Përndryshe, tensionet e kërkuara për funksionimin e sistemit të rrjetit 7 dhe neutralizuesit opsional 14 mund të sigurohen me anë të të paktën një spirale bashkimi (nuk tregohet), nga çezmat e së cilës hiqen sforcimet e kërkuara për sistemin e rrjetit. Në një mishërim, për shembull, një transformator i tensionit të lartë mund të integrohet në sistemin me frekuencë të lartë, në mënyrë që tensioni i kërkuar për sistemin e rrjetit të jetë i disponueshëm në daljen e tij. Po kështu, një ose më shumë mbështjellje bashkuese (nuk tregohen) me një ose më shumë çezmat mund të vendosen drejtpërdrejt në dhomën e shkarkimit 2. Spiralja ose mbështjelljet e komunikimit mund të projektohen në atë mënyrë që të jenë të izoluar në mënyrë galvanike nga spiralja e jonizimit të karburantit 5. Mundësisht, spiralja e komunikimit ose mbështjelljet janë të pozicionuara në atë mënyrë që lidhje e mire mbështjellje 5 dhe mbështjellje ose mbështjellje për sistemin e grilës 7 ose neutralizues opsional 14.

Mjetet e tjera 22 dhe 23 të përshkruara më sipër për drejtimin dhe zbutjen e tensioneve gjithashtu mund të sigurohen me mbështjellëset e bashkimit. Në çdo rast, në rastin e ngritjes së energjisë me anë të spiraleve, është e mundur që të thjeshtohet më tej sistemi i vozitjes, pasi është gjithashtu e mundur të shpërndahet me korrigjimin pasues. Në këtë rast, polariteti i grilave 8, 9 të sistemit të grilave ndryshon në lidhje me njëri -tjetrin, kështu që elektronet dhe jonet gjenerohen në mënyrë alternative. Në këtë rast, tensionet në grilat 8, 9 duhet të zgjidhen në atë mënyrë që, mundësisht, fluksi i joneve të jetë ekuivalent me fluksin e elektroneve. Në rrethana të caktuara, është e nevojshme të përputhet me fazën në armaturën kufitare të plazmës 8 dhe në grilen e nxitimit 9, e cila mund të veprohet nga qarqet e përshtatshme RCL (nuk tregohen).

V rast i përgjithshëm, mjetet 22 dhe 23 për drejtimin dhe zbutjen në motorin jon, i cili funksionon pa konvertorin 14, mund të mos jetë i pranishëm. Në një motor të tillë, duke matur polaritetin e tensioneve në grilat 8, 9, si elektronet ashtu edhe jonet nxirren dhe përshpejtohen nga dhoma e shkarkimit 2. Fazat LC, L, C ose RLC mund të përdoren për të optimizuar fazimin nëpër grilat 8, 9. Mundësisht, faza dhe tensionet duhet të rregullohen në mënyrë që fluksi mesatar i joneve të përputhet me fluksin mesatar të elektroneve.

Mjeti i furnizimit me tension 12 tregon skematikisht dy çelsin 20, 21, të cilët mund të projektohen si çelsa mekanikë ose elektronikë. Çelsat 20, 21 janë të dizajnuar për të mbajtur rrjetën mbrojtëse 8 dhe / ose rrjetin e nxitimit 9 të çaktivizuar, edhe nëse karburanti në dhomën e shkarkimit 2 është jonizuar. Nëse është e nevojshme, një ndërprerës i vetëm mund të sigurohet për të gjitha rrjetet e sistemit të grilës 7.

Me një rritje të fuqisë me frekuencë të lartë, tensionet në terminalet e mundshëm 10, 11 të grilave 8, 9. gjithashtu rriten. Kjo është jonoptikisht e favorshme, pasi rritja e densitetit të plazmës së bashku me rritjen e fuqisë me frekuencë të lartë gjithashtu kërkon një tension më të lartë të emetimit.

Motori jon sipas shpikjes ka avantazhin që sistemi i furnizimit me energji mund të thjeshtohet shumë. Për shkak të kësaj, kursimi i peshës është i mundur. Përveç kësaj, besueshmëria operacionale rritet dhe kostot e menaxhimit minimizohen. Më tej, është e mundur të realizohet motori pa një konvertues të veçantë. Kjo sigurohet me anë të furnizimit me tension të furnizimit, me ndihmën e të cilit tensionet e larta të kërkuara zgjidhen nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë. Para së gjithash, është e mundur të sigurohen tensione furnizimi për sistemet shtytëse të joneve me frekuencë të lartë, burime joni me frekuencë të lartë, neutralizues me frekuencë të lartë ose burime elektronike me frekuencë të lartë.

LISTA E SIMBOLAVE TEF REFERIMIT

Motori 1 jon

2 Dhoma e shkarkimit

3 Hyrje

4 Gjenerator me frekuencë të lartë

5 Spiralja e gjeneratorit me frekuencë të lartë

6 Prizë

7 Sistemi i grilës

8 Rrjeti mbrojtës / spiranca kufitare e plazmës (rrjeti i parë)

Grila e përshpejtimit (grilë e dytë)

10 Terminali i mundshëm për rrjetin e parë 8

11 Terminali i mundshëm për rrjetin e dytë 9

12 Mjetet e tensionit të furnizimit

13 Komunikimi (skematik)

14 Neutralizues

Elektroda 16a, 16b

17 Hyrje

18 Prizë

19 Rrjedha e joneve

20 Ndërprerës

21 Kaloni

22 Drejtues

23 Mjet anti-aliasing

24 Rrjedha elektronike

25a, 25b Terminali i mundshëm

50 Prodhimi i jonit

52 Përshpejtimi i jonit

54 Neutralizimi i rrjedhës së joneve

1. Motori jon (1) për një anije kozmike, përfshirë një gjenerator me frekuencë të lartë (4) për gjenerimin e një fushe elektromagnetike alternative të përdorur për të jonizuar karburantin, një sistem të përshtatshëm (7) për përshpejtimin e transportuesve të ngarkesës për të krijuar një fushë elektrostatike, dhe një mjetet e para për gjenerimin e tensioneve të larta të nevojshme për sistemin (7) për përshpejtimin e bartësve të ngarkesës, nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë (4) për të krijuar një fushë elektromagnetike alternative, dhe mjetet e para (12) për përzgjedhja e një pjese të energjisë së gjeneruar nga gjeneratori me frekuencë të lartë (4) përfshin të paktën një kondensator të lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë (4) ose të paktën një spirale bashkuese të lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë (4), në terminalet e spirales nga të cilat sigurohen tensionet e larta të kërkuara për sistemin e nxitimit (7).

2. Motori jonik i pretendimit 1, ku sistemi i nxitimit të bartësit përfshin një grila të parë, përgjithësisht mbrojtëse, dhe të paktën një sekondë, në përgjithësi përshpejtuese të grilave.

3. Motori jonik sipas pretendimit 1, në të cilin të paktën një spirale bashkuese është bërë në formën e një dredha-dredha dytësore të një transformatori, e cila është e lidhur me spiralen e gjeneratorit me frekuencë të lartë (4) si me mbështjelljen parësore të një transformatori.

4. Motori jon sipas pretendimit 1, ku të paktën një spirale bashkuese ka një rubinet ose disa çezma të izoluara në mënyrë galvanike nga spiralja e gjeneratorit me frekuencë të lartë (4).

5. Motori jon sipas pretendimit 3, ku të paktën një spirale bashkuese ka një rubinet ose disa çezma të izoluara në mënyrë galvanike nga spiralja e gjeneratorit të frekuencës së lartë (4).

6. Motori jonik sipas pretendimit 1, ku një mjet i dytë (22) sigurohet për korrigjimin e tensioneve të marra nga gjeneratori me frekuencë të lartë (4) për sistemin e nxitimit (7).

7. Motori jonik sipas pretendimit 6, ku mjetet e treta (23) sigurohen për zbutjen e tensioneve të ndrequra për sistemin e nxitimit (7).

8. Motori jonik sipas pretendimit 1, në të cilin përcaktimi i raportit midis tensioneve të sistemit të nxitimit (7) dhe tensionit të gjeneratorit me frekuencë të lartë (4) ndodh me anë të një stadi të tensionit të lartë, i cili përfshin disa kondensatorë dhe dioda, dhe / ose raportin e kërkuar të numrit të kthesave të spirales së gjeneratorit me frekuencë të lartë (4) me numrin e kthesave të spirales bashkuese.

9. Motori jon sipas pretendimit 1, ku të paktën një ndërprerës i kontrollueshëm (20, 21) sigurohet midis gjeneratorit me frekuencë të lartë (4) dhe sistemit të nxitimit (7) për të ndarë tensionin e furnizimit.

10. Motori jonik i pretendimit 7, ku një mjet i katërt sigurohet për përmbysjen e polaritetit të tensioneve në sistemin e nxitimit (7) për nxjerrjen dhe përshpejtimin e joneve dhe elektroneve.

11. Motori jon sipas pretendimit 1, në të cilin motori jon (1) ka një neutralizues të veçantë (14) të furnizuar me një tension të marrë kryesisht me mjetet e para (12) nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë (4) për të krijuar një fushë elektromagnetike alternative.

12. Një metodë e funksionimit të një motori jon (1) për një anije kozmike, e cila përfshin një gjenerator me frekuencë të lartë (4) për krijimin e një fushe elektromagnetike alternative të përdorur për karburant jonizues, dhe një sistem grilë (7) me një sistem të përshtatshëm (8 , 9) për transportuesit e ngarkimit të përshpejtuar, të karakterizuar në atë që tensionet e larta të nevojshme për sistemin e nxitimit të transportuesve të ngarkesës merren nga rrymat dhe / ose tensionet e gjeneruara nga gjeneratori me frekuencë të lartë (4) për të krijuar një fushë elektromagnetike alternative, dhe në të paktën një kondensator përdoret për të nxjerrë një pjesë të fuqisë së gjeneruar nga gjeneratori me frekuencë të lartë (4), i lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë (4), ose të paktën një spirale bashkuese e lidhur me gjeneratorin me frekuencë të lartë (4) , në terminalet e spirales të të cilave sigurohen tensione të larta të nevojshme për sistemin e nxitimit (7).

Patenta të ngjashme:

Shpikja lidhet me një motor reaktiv me efekt plazmatik, i cili përdoret për të lëvizur satelitët duke përdorur energji elektrike. Plazma motor avioni në bazë të efektit Hall përmban kanalin kryesor unazor të jonizimit dhe nxitimit.

Shpikja ka të bëjë me mjete reaktive lëvizje kryesisht në hapësirë ​​të lirë. Mjetet e propozuara të lëvizjes përmbajnë një strehë (1), ngarkesë(2), një sistem kontrolli dhe të paktën një sistem unazor të magneteve superpërcjellës të fokusimit-devijimit (3).

Shpikja lidhet me teknologjitë e rrezeve dhe mund të përdoret për të kompensuar (neutralizuar) ngarkesën hapësinore të një rrezeje të joneve pozitive të motorëve të raketave elektrike, në veçanti, për përdorim në sistemet shtytëse të mikro- dhe nanosatelitëve.

Shpikja lidhet me fushën e motorëve plazmatikë. Pajisja përmban të paktën: një kanal unazor kryesor (21) të jonizimit dhe nxitimit, ndërsa kanali unazor (21) ka një fund të hapur, një anodë (26) të vendosur brenda kanalit (21), një katodë (30) të vendosur jashtë kanali në daljen e tij, një qark magnetik (4) për të krijuar një fushë magnetike në pjesën e kanalit unazor (21).

Shpikja lidhet me një motor rakete elektrike me një lëvizje të mbyllur të elektroneve. Një motor elektrik rakete me një lëvizje të mbyllur elektronike përmban një kanal unazor dhe nxitues unazor kryesor, të paktën një katodë të zbrazët, një anodë unazore, një tub me një kolektor për furnizimin e anodës me gaz të jonizueshëm dhe një qark magnetik për krijimin e një fushe magnetike në kanalin kryesor unazor.

Motorët modernë të raketave bëjnë një punë të mirë për të vënë teknologjinë në orbitë, por ato janë plotësisht të papërshtatshme për udhëtime të gjata në hapësirë. Prandaj, për më shumë se një duzinë vjet, shkencëtarët kanë punuar në krijimin e motorëve alternativë të hapësirës që mund të përshpejtojnë anijet në rekord shpejtësish... Le të hedhim një vështrim në shtatë idetë kryesore nga kjo fushë.

EmDrive

Për të lëvizur, duhet të largoheni nga diçka - ky rregull konsiderohet një nga shtyllat e palëkundshme të fizikës dhe astronautikës. Nga çfarë të filloni saktësisht - nga toka, uji, ajri ose lumë jet gazi, si në rastin e motorëve të raketave, nuk është aq i rëndësishëm.

Një eksperiment i njohur i mendimit: imagjinoni që një astronaut doli në hapësirën e jashtme, por kablli që e lidh atë me anijen papritmas u prish dhe personi fillon të fluturojë ngadalë. E tëra që ai ka është një kuti mjetesh. Cilat janë veprimet e tij? Përgjigja e saktë: ai duhet të hedhë mjetet larg anijes. Sipas ligjit të ruajtjes së vrullit, një person do të hidhet nga instrumenti me të njëjtën forcë si instrumenti nga një person, kështu që ai gradualisht do të lëvizë drejt anijes. Kjo është shtytje e avionit - e vetmja mënyrë e mundshme lëvizin në hapësirën e jashtme të zbrazët. E vërtetë, EmDrive, siç tregojnë eksperimentet, ka disa shanse për të hedhur poshtë këtë deklaratë të patundur.

Krijuesi i këtij motori është inxhinieri britanik Roger Shaer, i cili themeloi kompaninë e tij Satellite Propulsion Research në 2001. Dizajni i EmDrive është mjaft ekstravagant dhe është një kovë metalike në formë, e mbyllur në të dy skajet. Brenda kësaj kovë është një magnetron që lëshon valë elektromagnetike - njësoj si në një mikrovalë konvencionale. Dhe rezulton të jetë e mjaftueshme për të krijuar një goditje shumë të vogël, por mjaft të dukshme.

Vetë autori shpjegon funksionimin e motorit të tij përmes ndryshimit të presionit të rrezatimit elektromagnetik në skajet e ndryshme të "kovës" - në skajin e ngushtë është më pak se në atë të gjerë. Kjo krijon një shtytje të drejtuar drejt skajit të ngushtë. Mundësia e një funksionimi të tillë të motorit është kundërshtuar më shumë se një herë, por në të gjitha eksperimentet, instalimi Shaer tregon praninë e shtytjes në drejtimin e synuar.

Eksperimentuesit që kanë provuar kovën e Schaer përfshijnë organizata të tilla si NASA, Universiteti Teknik i Dresdenit dhe Akademia Kineze e Shkencave. Shpikja u testua në një sërë kushtesh, përfshirë në një vakum, ku tregoi praninë e një goditjeje prej 20 mikronewtone.

Kjo është shumë pak në lidhje me motorët e avionëve kimikë. Por, duke pasur parasysh faktin se motori Shaer mund të punojë sa të doni, pasi nuk ka nevojë për furnizim me karburant (bateritë diellore mund të sigurojnë që magnetroni të funksionojë), ai është potencialisht i aftë të përshpejtojë anijet kozmike me shpejtësi të jashtëzakonshme, të matura si një përqindja e shpejtësisë së dritës.

Për të vërtetuar plotësisht performancën e motorit, është e nevojshme të kryhen shumë më tepër matje dhe të heqin qafe efektet anësore që mund të gjenerohen, për shembull, nga fushat magnetike të jashtme. Sidoqoftë, shpjegimet alternative të mundshme për goditjen jonormale të motorit Shaer tashmë janë duke u paraqitur, gjë që, në përgjithësi, shkel ligjet e zakonshme të fizikës.

Për shembull, po parashtrohen versione që motori mund të krijojë shtytje për shkak të ndërveprimit të tij me vakumin fizik, i cili në nivelin kuantik ka energji jo-zero dhe është i mbushur me grimca elementare virtuale që dalin dhe zhduken vazhdimisht. Kush do të ketë të drejtë në fund - autorët e kësaj teorie, vetë Shaer ose skeptikë të tjerë - do ta zbulojmë në të ardhmen e afërt.

Lundrim diellor

Siç u përmend më lart, rrezatimi elektromagnetik ushtron presion. Kjo do të thotë që në teori mund të shndërrohet në lëvizje - për shembull, me ndihmën e një vela. Ashtu si anijet e shekujve të kaluar kapnin erën në velat e tyre, anija kozmike e së ardhmes do të merrte rrezet e diellit ose ndonjë dritë tjetër yjore në velat e tyre.

Problemi, megjithatë, është se presioni i dritës është jashtëzakonisht i vogël dhe zvogëlohet me rritjen e distancës nga burimi. Prandaj, për të qenë efektiv, një vela e tillë duhet të jetë shumë e lehtë në peshë dhe shumë e madhe në zonë. Dhe kjo rrit rrezikun e shkatërrimit të të gjithë strukturës kur takohet me një asteroid ose objekt tjetër.

Përpjekjet për të ndërtuar dhe lëshuar anije me vela diellore në hapësirë ​​tashmë janë kryer - në 1993, Rusia testoi një vela diellore në anijen kozmike Progress, dhe në vitin 2010, Japonia kreu teste të suksesshme në rrugën e saj drejt Venusit. Por asnjë anije nuk e ka përdorur kurrë velën si burimin e saj kryesor të nxitimit. Një projekt tjetër, një vela elektrike, duket disi më premtues në këtë drejtim.

Vela elektrike

Dielli lëshon jo vetëm fotone, por edhe grimca të ngarkuara elektrike të materies: elektrone, protone dhe jone. Të gjithë ata formojnë të ashtuquajturën era diellore, e cila çdo sekondë largon nga sipërfaqja e diellit rreth një milion ton lëndë.

Era diellore përhapet mbi miliarda kilometra dhe është përgjegjëse për disa nga fenomenet natyrore në planetin tonë: stuhitë gjeomagnetike dhe dritat veriore. Toka mbrohet nga era diellore nga fusha e saj magnetike.

Era diellore, si era e ajrit, është mjaft e përshtatshme për udhëtime, ju vetëm duhet ta bëni atë të fryjë në vela. Projekti i velave elektrike, i krijuar në 2006 nga shkencëtari finlandez Pekka Janhunen, nga jashtë ka pak të përbashkëta me atë diellor. Ky motor përbëhet nga disa kabllo të gjatë, të hollë, të ngjashëm me bishtat e një rrote pa buzë.

Falë armës elektronike që lëshon kundër drejtimit të udhëtimit, këto kabllo fitojnë një potencial të ngarkuar pozitivisht. Meqenëse masa e një elektroni është rreth 1800 herë më e vogël se masa e një protoni, shtytja e krijuar nga elektronet nuk do të luajë një rol themelor. Elektronet e erës diellore nuk janë të rëndësishme për një vela të tillë. Por grimcat e ngarkuara pozitivisht - protonet dhe rrezatimi alfa - do të zmbrapsen nga litarët, duke krijuar kështu shtytjen e avionit.

Edhe pse kjo shtytje do të jetë rreth 200 herë më pak se ajo e një vela diellore, Agjencia Evropiane e Hapësirës është e interesuar. Fakti është se një vela elektrike është shumë më e lehtë për të hartuar, prodhuar, vendosur dhe operuar në hapësirë. Për më tepër, duke përdorur gravitetin, lundrimi gjithashtu ju lejon të udhëtoni në burimin e erës yjore, dhe jo vetëm larg tij. Dhe meqenëse sipërfaqja e një vela të tillë është shumë më pak se ajo e një vela diellore, është shumë më pak e prekshme ndaj asteroidëve dhe mbeturinave hapësinore. Ndoshta ne do të shohim anijet e para eksperimentale në një vela elektrike në vitet e ardhshme.

Motori jon

Rrjedha e grimcave të ngarkuara të materies, domethënë jonet, emetohet jo vetëm nga yjet. Gazi i jonizuar gjithashtu mund të krijohet artificialisht. Normalisht, grimcat e gazit janë elektrikisht neutrale, por kur atomet ose molekulat e tij humbin elektronet, ato kthehen në jone. Në masën e tij të përgjithshme, një gaz i tillë ende nuk ka një ngarkesë elektrike, por grimcat e tij individuale ngarkohen, që do të thotë se ata mund të lëvizin në një fushë magnetike.

Në një motor jonik, një gaz inert (zakonisht ksenon) jonizohet nga një rrjedhë e elektroneve me energji të lartë. Ata rrëzojnë elektronet nga atomet dhe fitojnë një ngarkesë pozitive. Më tej, jonet që rezultojnë përshpejtohen në një fushë elektrostatike me shpejtësi të rendit prej 200 km / s, që është 50 herë më e madhe se shkalla e daljes së gazit nga motorët e avionëve kimikë. Sidoqoftë, shtytësit modernë të joneve kanë një shtytje shumë të ulët - rreth 50-100 milinwtons. Një motor i tillë as nuk do të ishte në gjendje të lëvizte nga tryeza. Por ai ka një plus serioz.

Impulsi i madh specifik mund të zvogëlojë ndjeshëm konsumin e karburantit në motor. Energjia e marrë nga gazi përdoret për të jonizuar gazin. Panele diellore, prandaj, motori jon është në gjendje të funksionojë për një kohë shumë të gjatë - deri në tre vjet pa ndërprerje. Për një periudhë të tillë, ai do të ketë kohë për të përshpejtuar anijen me shpejtësi që motorët kimikë nuk e kishin ëndërruar.

Motorët jon kanë lëruar vazhdimisht pafundësinë e sistemit diellor si pjesë e misioneve të ndryshme, por zakonisht si ndihmës, dhe jo kryesorë. Sot, si një alternativë e mundshme për shtytësit e joneve, ata po flasin gjithnjë e më shumë për shtytësit e plazmës.

Motori i plazmës

Nëse shkalla e jonizimit të atomeve bëhet e lartë (rreth 99%), atëherë një gjendje e tillë agregate e materies quhet plazmë. Një gjendje plazmatike mund të arrihet vetëm kur temperaturat e larta Prandaj, në motorët e plazmës, gazi jonizues nxehet në disa milion gradë. Ngrohja kryhet duke përdorur një burim të jashtëm të energjisë - panele diellore ose, më realisht, një reaktor të vogël bërthamor.

Plazma e nxehtë pastaj hidhet përmes hundës së raketës, duke krijuar një goditje dhjetëra herë më të madhe se ajo e një shtytësi jonik. Një shembull i një motori plazma është projekti VASIMR, i cili është zhvilluar që nga vitet 70 të shekullit të kaluar. Ndryshe nga shtytësit jonikë, shtytësit e plazmës në hapësirë ​​ende nuk janë testuar, por ato shoqërohen me pritjet e mëdha... Engineshtë motori plazmatik VASIMR që është një nga kandidatët kryesorë për fluturimet e drejtuara në Mars.

Motori i shkrirjes

Njerëzit janë përpjekur të zbusin energjinë e bashkimit termonuklear që nga mesi i shekullit të njëzetë, por deri më tani ata nuk kanë qenë në gjendje ta bëjnë këtë. Sidoqoftë, bashkimi i kontrolluar termonuklear është ende shumë tërheqës, sepse është një burim i energjisë së madhe të marrë nga karburanti shumë i lirë - izotopet e heliumit dhe hidrogjenit.

Për momentin, ka disa projekte për hartimin e një motori jet në energjinë e bashkimit termonuklear. Më premtuesi prej tyre konsiderohet të jetë një model i bazuar në një reaktor me mbyllje magnetike të plazmës. Një reaktor termonuklear në një motor të tillë do të jetë një dhomë cilindrike që rrjedh 100-300 metra e gjatë dhe 1-3 metra në diametër. Dhoma duhet të furnizohet me karburant në formën e një plazme me temperaturë të lartë, e cila, nën presion të mjaftueshëm, hyn në një reaksion të bashkimit bërthamor. Spiralet e sistemit magnetik të vendosura rreth dhomës duhet ta mbajnë këtë plazmë nga kontakti me pajisjet.

Zona e reagimit termonuklear ndodhet përgjatë boshtit të një cilindri të tillë. Me ndihmën e fushave magnetike, plazma jashtëzakonisht e nxehtë rrjedh nëpër hundën e reaktorit, duke krijuar një shtytje të madhe, shumë herë më të madhe se ajo e motorëve kimikë.

Motori antimaterie

E gjithë lënda përreth nesh përbëhet nga fermione - grimca elementare me rrotullim gjysmë të plotë. Këto janë, për shembull, kuarkët, të cilët përbëjnë protone dhe neutrone në bërthamat atomike, si dhe elektrone. Për më tepër, çdo fermion ka antipartikullin e vet. Për një elektron, ky është një pozitron, për një kuark - një antikuark.

Antikrimcat kanë të njëjtën masë dhe të njëjtën rrotullim si "shokët" e tyre të zakonshëm, të ndryshëm në shenjën e të gjithë parametrave të tjerë kuantikë. Në teori, antikrimcat janë të afta të përbëjnë antimaterie, por deri më tani, antimateria nuk është regjistruar askund në Univers. Për shkencën bazë, pyetja e madhe është pse nuk ekziston.

Por në kushte laboratorike, ju mund të merrni një antimaterie. Për shembull, një eksperiment u krye kohët e fundit duke krahasuar vetitë e protoneve dhe antiprotoneve që ishin ruajtur në një kurth magnetik.

Kur antimateria dhe materia e zakonshme takohen, ndodh një proces i asgjësimit reciprok, i shoqëruar me një shpërthim të energjisë kolosale. Pra, nëse merrni një kilogram lëndë dhe antimaterie, atëherë sasia e energjisë e lëshuar kur takohen do të jetë e krahasueshme me shpërthimin e "Bombës së Tsarit" - bombës më të fuqishme të hidrogjenit në historinë e njerëzimit.

Për më tepër, një pjesë e konsiderueshme e energjisë do të lëshohet në formën e fotoneve të rrezatimit elektromagnetik. Prandaj, ekziston dëshira për ta përdorur këtë energji për udhëtime në hapësirë ​​duke krijuar një motor foton, të ngjashëm me një vela diellore, vetëm në këtë rast drita do të gjenerohet nga një burim i brendshëm.

Por për të përdorur në mënyrë efektive rrezatimin në një motor jet, është e nevojshme të zgjidhet problemi i krijimit të një "pasqyre" që do të ishte në gjendje të pasqyrojë këto fotone. Në fund të fundit, anija duhet disi të largohet në mënyrë që të krijojë tërheqje.

Jo material modern thjesht nuk do t'i rezistojë rrezatimit të lindur në rast të një shpërthimi të tillë dhe menjëherë do të avullojë. Në romanet e tyre fantastiko -shkencore, vëllezërit Strugatsky e zgjidhën këtë problem duke krijuar një "reflektues absolut". V jeta reale asgjë e tillë ende nuk është bërë. Kjo detyrë, si dhe çështjet e krijimit të një sasie të madhe të antimateries dhe ruajtjes së saj afatgjatë, është çështje e fizikës së së ardhmes.

Njeriu shkoi në hapësirë ​​falë motorët e raketave në lëndët djegëse të lëngëta dhe të ngurta. Por ata gjithashtu vunë në dyshim efektivitetin e fluturimeve në hapësirë. Në mënyrë që një relativisht i vogël të paktën të "kapë" është instaluar në majë të një mjeti mbresëlënës të lëshimit. Dhe vetë raketa, në fakt, është një rezervuar fluturues, pjesa më e madhe e peshës së të cilit është e rezervuar për karburant. Kur e gjithë kjo përdoret deri në pikën e fundit, një furnizim i pakët mbetet në bordin e anijes.

Për të mos rënë në Tokë, ajo periodikisht ngre orbitën e saj me impulse. Karburanti për ta - rreth 7.5 ton - shpërndahet nga anijet automatike disa herë në vit. Por asnjë karburant i tillë nuk pritet gjatë rrugës për në Mars. A nuk është koha për të thënë lamtumirë qarqeve të vjetëruara dhe për t’iu drejtuar një motori joni më të përparuar?

Në mënyrë që të funksionojë, sasi të çmendura të karburantit nuk kërkohen. Vetëm gaz dhe energji elektrike. Energjia elektrike në hapësirë ​​prodhohet duke kapur rrezatimin e dritës nga dielli me panele diellore. Sa më larg nga ylli, aq më pak fuqia e tyre, prandaj, ju gjithashtu do të duhet të përdorni Gazin që hyn në dhomën kryesore të djegies, ku bombardohet me elektrone dhe jonizohet. Plazma e ftohtë që rezulton dërgohet të digjet, dhe pastaj në hundën magnetike për nxitim. Motori jon nxjerr plazmë inkandeshente nga vetja me shpejtësi të paarritshme për motorët konvencionalë të raketave. Dhe merr përshpejtimin e nevojshëm.

Mjerisht, shtytësit e joneve kanë një shtytje kaq të dobët saqë nuk mund të heqin anijen nga sipërfaqja hënore, e lëre më një lëshim tokësor. Kjo mund të shihet më qartë nëse krahasoni dy anije që shkojnë në Mars. Anija me energji të lëngshme do të fillojë fluturimin e saj pas disa minutash nxitimi intensiv dhe do të kalojë pak më pak kohë duke frenuar në Planetin e Kuq. Anija me motorët jon do të përshpejtohet për dy muaj në një spirale që hapet ngadalë, dhe i njëjti operacion e pret atë në afërsi të Marsit ...

Motori jon është i njëjti breshkë që kap Akilin me këmbë të shpejtë. Duke harxhuar të gjithë karburantin në pak minuta, motor i lëngshëm hesht përgjithmonë dhe bëhet një copë hekuri e padobishme. Dhe ato plazmatike janë të afta të punojnë me vite. Shtë e mundur që ata të pajisen me anijen e parë kozmike, e cila do të udhëtojë me shpejtësi nën dritë në yllin më të afërt me Tokën. Fluturimi pritet të zgjasë vetëm 15-20 vjet.