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等離子推進發動機
編輯等離子推進發動機是一種由準中性等離子產生推力的電力推進。這與離子推進器發動機形成對比,后者通過從等離子體源中提取離子電流來產生推力,然后使用網格/陽極將其加速到高速。這些以多種形式存在(參見電力推進)。然而,在科學文獻中,等離子推進器一詞有時包括通常稱為離子發動機的推進器。等離子體推進器通常不使用高壓電網或陽極/陰極來加速等離子體中的帶電粒子,而是使用內部產生的電流和電勢來加速離子,由于缺乏高加速電壓而導致排氣速度較低.這種類型的推進器具有許多優點。陽極高壓柵極的缺乏消除了由于柵極離子侵蝕而可能產生的限制因素。等離子排氣是“準中性的”,這意味著正離子和電子以相等的數量存在,這允許排氣中的簡單離子-電子復合以中和排氣羽流,從而無需電子槍(空心陰極)。這種推進器通常使用外部天線使用射頻或微波能量產生源等離子體。這一事實,再加上沒有空心陰極(對惰性氣體以外的所有氣體都敏感),使得這種推進器可以用于各種推進劑,從氬氣到二氧化碳空氣混合物再到宇航員尿液。等離子發動機更適合行星際任務。許多航天機構開發了等離子推進系統,包括歐洲航天局、伊朗航天局和澳大利亞國立大學,它們共同開發了雙層推進器。
等離子推進發動機的歷史
編輯一些等離子發動機已經看到了活躍的飛行時間并在任務中使用。2011年,NASA與Busek合作,在Tacsat-2衛星上發射了xxx個霍爾效應推進器。推進器是衛星的主要推進系統。該公司當年推出了另一款霍爾效應推進器。2020年,等離子射流研究由武漢大學發表。然而,即使xxx的輸入微波功率被轉換為推力,該工作中公布的推力估計值隨后也顯示出幾乎是理論上可能水平的9倍。AdAstraRocketCompany正在開發VASIMR。加拿大公司Nautel正在生產電離推進劑所需的200kW射頻發生器。一些組件測試和等離子射擊實驗在哥斯達黎加利比里亞的實驗室進行。該項目由前NASA宇航員FranklinChang-Díaz博士(CRC-USA)領導。哥斯達黎加航空航天聯盟宣布為安裝在國際空間站外的VASIMR開發外部支持。這一階段的太空測試VASIMR計劃預計將于2016年進行。
等離子推進發動機的優點
編輯等離子發動機比大多數其他類型的火箭技術具有更高的比沖(Isp)值。VASIMR推進器可以節流大于12000秒的脈沖,霍爾推進器已達到約2000秒。這是對常規化學火箭雙推進劑燃料的顯著改進,后者具有約450秒的比沖。憑借高脈沖,等離子推進器能夠在較長的加速時間內達到相對較高的速度。前宇航員FranklinChang-Diaz聲稱VASIMR推進器可以在短短39天內將有效載荷發送到火星,同時達到每秒34英里(55公里/秒)的xxx速度。某些等離子推進器,如迷你螺旋槳,因其簡單和高效而受到贊譽。它們的操作原理相對簡單,可以使用多種氣體或組合。這些品質表明等離子推進器對于許多任務配置文件具有價值。
缺點
編輯等離子推進器的可行性面臨的xxx挑戰可能是能量需求。例如,VX-200發動機需要200kW的電力來產生5N的推力,即40kW/N。裂變反應堆可以滿足這種功率要求,但反應堆質量(包括排熱系統)可能會被證明是令人望而卻步的。另一個挑戰是等離子體腐蝕。在運行過程中,等離子體可以熱燒蝕推進器腔和支撐結構的壁,這最終會導致系統故障。由于其極低的推力,等離子發動機不適合發射到地球軌道。平均而言,這些火箭提供的xxx推力約為2磅。等離子推進器在開放空間中效率很高,但無法抵消化學火箭的軌道費用。
發動機類型
編輯Helicon等離子推進器
Helicon等離子推進器使用當暴露于靜磁場時存在于等離子內部的低頻電磁波(Helicon波)。環繞毒氣室的射頻天線產生波并激發氣體,產生等離子體。等離子體以高速排出以通過加速策略產生推力,該加速策略需要理想拓撲的電場和磁場的各種組合。它們屬于無電極推進器的類別。這些推進器支持多種推進劑,使其適用于更長的任務。它們可以由簡單的材料制成,包括玻璃汽水瓶。
磁等離子動力推進器
磁等離子體動力推進器(MPD)使用洛倫茲力(由磁場和電流相互作用產生的力)來產生推力。在存在磁場的情況下流過等離子體的電荷導致等離子體加速。洛倫茲力對大多數脈沖等離子推進器的運行也至關重要。
脈沖感應推進器
脈沖感應推進器(PIT)也使用洛倫茲力產生推力,但它們不使用電極,解決了腐蝕問題。等離子體中的電離和電流是由快速變化的磁場引起的。
無電極等離子推進器
無電極等離子推進器利用在強電磁能量密度梯度的影響下作用于任何等離子或帶電粒子的有質動力將等離子電子和離子向同一方向加速,從而在沒有中和器的情況下運行。
VASIMR
VASIMR是可變特定脈沖磁等離子體火箭的縮寫,它使用無線電波將推進劑電離成等離子體。然后磁場將等離子體加速離開發動機,產生推力。一個200兆瓦的VASIMR發動機可以將從地球到木星或土星的時間從6年縮短到14個月,從地球到火星的時間從6個月縮短到39天。
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