Manyetik ve plazma tahrik sistemleri geleneksel kimyasal roketlerden temel bir çıkış temsil eder. Bu ilkeleri anlamak yerine, uzay aracının elektromanyetik alanlardan ve kimyasal yanma ile ilgili olarak imkansız olan etkileşimleri nasıl elde edebileceğini takdir edebiliriz. Bu makale, bu teknolojiyi keşfedecek, denklemleri ve kesin kontrol altına alan denklemleri ve temelleri inceler.Bu ilkeleri anlamak için, uzay aracının ve yük devretme ve yakıt efficiliklerini nasıl elde edeceğine dair önemli bilgiler verebilir.

Una, Kimyasal Tahtın Sınırlarını Kaçırır

plazma propulsion önemini tamamen anlamak için, bir kimyasal sistemlerin kısıtlamalarını ilk önce anlamalıdır. Kimyasal bir roket hem yakıt hem de oksiter taşır. Yanım süreci, kimyasal bağlarda serbest bırakılan enerji ile sınırlıdır, bu temel sınırda ortalama 4.5 kilometrelik bir şekilde sınırlandırılır.

roket denklemi, bir uzay aracının değişiminin, roket denkleminin yayılmasıyla bu döngüyü son kitle oranına doğru indirdiğini belirtir. Yüksek delta-v değerlerinin, gezegenlerarası bir enerji kaynağı için gerekli olduğunu varsayar.Bu, roket denkleminin yayılması olarak bilinir.

Elektromanyetik Thrust'ın Fizik Vakfı

Newton'un Üçüncü Yasası ve Momentum Flux

Thrust temel olarak bir reaksiyon kuvvetidir. Kimyasal bir motorda, sıcak gaz molekülleri genişliyor ve bir nozul ile hızlanıyor, yanma odasının geri dönüşü ve noz duvarlarına vuruyor.Bir plazma motorda, şarj parçacıkları, tipik olarak iyonlar, hızlanıyor.[Dönetici:2][Dönetici:Dönetici, uzay aracı tarafından deneyimlenen güç, ⁇ n hızına eşit ve karşı eşit.[TFLT:0)[D=

Lorentz Force in Detaylı

Tüm elektromanyetik tahriki yöneten temel fizik denklemi Lorentz kuvvetidir:

[0]F = q (E + v × B)).

Burada, elektrik alanı vektörü, [[Döneticileri/Döneticileri) ile elektriksel olarak kullanılan manyetik alan (Dönetici) ile manyetik alan arasındaki manyetik kuvvetle hareket eden manyetik alan (Cüzesel) ile manyetik alan arasındaki elektriksel hızlar arasındaki elektriksel basınçlar arasındaki hızlar arasındaki hızlar arasındaki hızlar arasındaki hızlar arasındaki hız ve hızlar arasındaki hızlar arasındaki hızlar.

Özel Impulse ve Eğlenme Velocity

(I)[Dönetici:0))[Döneticileri) kullanılmaktadır.[Döneticileri değiştirmiş gibi, ve 10 saniyeye kadar kimyasal roketler yaklaşık 450 saniyeye kadar hızlanır.[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Döneticileri [Döneticileri)[Dönemli)[Dönemli)

Plazma Devleti'ni Anlamak

Yaratmak ve Ionized Gas

Plazma, maddenin dördüncü durumu, serbest elektronlar ve pozitif iyonlar içeren bir süreçten oluşan bir yarı-nöpek gazdır. Bir elektrik itki, nötr bir gaz, tipik olarak Xenon veya Krypton, bir deşarj odasına enjekte edilir. Energetic elektronlar, elektron-impakt iyonizasyon denilen bir süreçten uzaklaştırma elektronları çarpıttır.

Manyetik alanlar plazmayı kontrol etmek için önemlidir. Bir manyetik alan, şarj partikülleri üzerinde bir güç kullanır, onları alan hatları etrafında dikmelerine neden olur. Bu iyonlama, elektronların düşmesine engel olur. Elektronörtron frekansının hızlanmasıyla, manyetik alan da iyonizasyon çarpışmalarının olasılığını artırır, iten daha verimli hale getirir.

Plazma Thrusters

Estatik Thrusters: Gridded Ion Motors

Izgaralar DC veya RF deşarj odasında en olgun tiptir. sp elektrikli iter.Bir ağda motor, pervanant, DC veya RF deşarj odasında iyonize edilir.Bu daha sonra iki veya üç yüksek gerilim ızgara tarafından çıkartılır ve hızlandırılır.

Bu yasa, şebekelerden çıkartılabilecek maksimum mevcut yoğunlukları yöneten fizik, elektronları uzay-uygun sınırlı aktığı için tarif edilir.Bu yasa, herhangi bir operasyonel teknolojinin itme yoğunluğuna karşı temel bir sınır yerleştirir, onları ana uzay aracılık görevleri için ideal kılar, Hayabusa, ve BepiColombo.

Elektromanyetik Thrusters: MPD ve VASIMR

Magnetoplazamami (MPD) iterleri farklı bir yaklaşım kullanıyor. Yüksek akım bir yay, doğrudan sıkıştırıcıdan gelen plazmayı hızlandırıyor ve güçlü manyetik alanla etkileşime girebilirler.Mevcut etkileşimler bu manyetik alanla çok daha yüksek bir şekilde etkileşime girebilirler.

Değişken özel Impulse Magnetoplasma Rocket (VASIMR) daha gelişmiş bir elektromanyetik konsepttir. Operasyon sırasında bir plazmayı aşırı yüksek sıcaklıklara ısıtmak ve farklı bir görev için manyetik bir nozulunu dönüştürmeye izin vermek için bir plazma kullanır.VASIMR'nin büyük avantajı, I)sp ve itisyon sırasındaki performansınızı optimize etmek için bir görevin farklı aşamalarına izin verir.

Hall Etkisi Thrusters

Hall Etkisi Thrusters (HETs) oldukça başarılı ve sağlam bir elektrik tahrikli bir türdür.Onlar bir elektrik tahrikli motorlar ve MPD itkileri I) ve itme.A Hall iter bir radial manyetik alan üzerinde anular deşarj kanalıyla çalışır.

Bu, elektrik alanından sonra, kanaldaki bir dairesel sürüklenme yolundaki tuzaklar, Hall itikatlı motorlardan daha basit ve daha sağlam hale getirirler.[Dönetici gazlar, aksiyel manyetik alan tuzakları, daha sonra kanaldan 1, 3,3 saniyeye kadar hızlanır ve kanaldan gelen boşlukları hızlandırır.)

Anahtar Performans Metrikleri

Thrust ve Power

Bir plazma iter tarafından üretilen itki doğrudan pervanant ve egzoz hızı ile orantılıdır. [Düzenli güç, P) ile verilir[Dönetici = 0,5 * ⁇ * v[Dönemli ve yüksek çözünürlükte bulunan bu temel ilişki, yüksek güç ve güç denklemlerini birleştirerek, yüksek enerji miktarını artırır.

Toplam Verimlilik Toplam

Genel olarak birkaç kayıp mekanizması için verimlilik hesapları. Bunlar iyonizasyon kayıpları (enerji atomlarından elektronları şerit etmek için gerekli olan enerji), elektrik işleme ünitesindeki elektrik kayıpları (PPU), kiriş ayrılık kayıpları (doğrudan ziyade bir açıdan çıkış) ve duvar kayıpları (bu efekt itkiler) Modern Hall itkiler ve iyonize motorları% 60'ı aştı.

Laboratuvardan Deep Space'e: Uygulamaları

Elektrikli tahrik, modern uzay ışığı için kritik bir kapasiteye geçiş yaptı.

  • [FONT:0] ⁇ İstasyonu-Keeping:[Dönetici:[Dönetici: 0,4] Geostationary iletişim uyduları Kuzey-Güney istasyonu için Hall Pushers (NSSK) Bu, 15 yıllık bir operasyonel yaşam boyunca gerekli olan pervanant miktarını dramatik bir şekilde azaltır, daha fazla gelir üreten iletişim yüklerine izin verir.
  • [FONT:0) Deep Space Science: Şafhaneye yönelik Şafak görevi, iki farklı protoplanlar, Vesta ve Ceres etrafında yörüngeye girmek ve yörüngeye gitmek için iyon motoruna dayanıyor.
  • [FONT=0)Orbit Raising:[Dönetici:[Dönetici: 0) Geostationary Transfer Orbit (GTO) yavaş yavaş yavaş yavaş yavaş yörüngelerini operasyonel Geostationary Orbit (GEO) için kullanarak elektrik tahrikli kütleyi sağlarken, bu işlem aylar alır, kimyasal apogee motora kıyasla önemli bir pervane kütle tasarrufu sağlar, daha düşük maliyetli bir başlangıç araçları sağlar.

Mühendislik Challenges and Material Science

Güç Problemi

Elektrikli tahrik için en büyük zorluk uzayda yeterli elektrik gücü üretmektir. Güneş dizileri Dünya'ya çok yakın, Güneş'ten uzak durmaya yardımcı olur. Derin uzay misyonları için nükleer elektrik tahrik ünitesi (NEP) kendi başına büyük bir mühendislik meydan okumasını temsil eder.

Malzeme Erosion ve Lifetime

Yüksek enerji iyonları, taşıyıcılar, betonlu bir taşıyıcı parçaları, yüksek enerji iyonlarını şarj ederek erozyondan muzdarip son derece yüksek enerjili iyonları, seramik deşarj kanal duvarları ve boş kedileri, 20.000 saat boyunca işletme yeteneğine sahip modern cihazlarla önemli bir görevdir.

Propellant Management

Xenon, yüksek atomik kütle, düşük iyonizasyon enerjisi nedeniyle on yıllardır seçimin başıydı ve inert doğası. Ancak Xenon pahalı ve tedariki sınırlıydı. Krton daha ucuz, daha yüksek basınç ve yüksek yoğunlukta sağlam bir şekilde depolanabilir, ağır yüksek basınçlı tanklar için daha düşük performansa sahip.

Yüksek Güç Plazma'nın Geleceği

Bir sonraki plazma propulsion üretimi güç ve performans sınırlarını zorlayacaktır. X3 nested kanal Salonu iter, Michigan Üniversitesi, NASA ve Air Force arasında işbirliğine dayalı bir proje, 100 kilovat üzerinde başarıyla göstermiştir, Hall iter performansı için kayıtlar.

Elektrodeless iter gibi gelişmiş kavramlar hem de periyodların herhangi bir malzeme elektrotları olmadan yakıtsız ve hızlı bir şekilde ilerlemeye devam ediyor. Uzaydaki güç nesli gelişmeye devam ediyor, plazma propulsion, güneş sistemini, normal kargo taşımasını Mars'a, hızlı bilim misyonlarına, düşük Dünya yörüngesine taşıyacak.