Геликонная двухслойная подруливающее является прототипом космического аппарата движителя. Он был создан австралийским ученым доктором Кристиной Чарльз на основе технологии, изобретенной профессором Родом Босвеллом из Австралийского национального университета .
Дизайн был проверен Европейским космическим агентством , которое участвует в его разработке.
Теория Операции
Геликонный двухслойный подруливающий (HDLT) представляет собой тип плазменного двигателя , который выталкивает высокую скорость ионизированного газа для обеспечения тяги на космический корабль . В этой конструкции двигателя газ впрыскивается в трубчатую камеру ( трубу источника ) с одним открытым концом. Радиочастотный источник переменного тока ( 13,56 МГц в прототипе) подводится к антенне специальной формы, обернутой вокруг камеры. Электромагнитная волна , излучаемая антенна заставляет газ , чтобы сломать и образовывать плазму. Затем антенна возбуждает геликонную волну в плазме, которая дополнительно нагревает плазму.
Устройство имеет примерно постоянное магнитное поле в трубке источника (питаемое соленоидами в прототипе), но магнитное поле расходится и быстро уменьшается по величине вдали от области источника, и его можно рассматривать как своего рода магнитное сопло . Во время работы существует резкая граница между плазмой высокой плотности внутри области источника и плазмой низкой плотности в выхлопе, что связано с резким изменением электрического потенциала. Свойства плазмы быстро меняются на этой границе, известной как бестоковый двойной электрический слой . Электрический потенциал внутри области источника намного выше, чем в выхлопе, и это служит как для удержания большей части электронов, так и для ускорения ионов от области источника. Достаточное количество электронов покидает область источника, чтобы гарантировать, что плазма в выхлопе в целом нейтральна. Как и большинство ионных силовых установок, HDLT представляет собой двигатель малой тяги с высоким удельным импульсом (Isp).
Опытный образец двигателя малой тяги диаметром 15 см, работающий в режиме слабого магнитного поля, прошел первоначальные испытания тяги в 2010 году, однако для правильного расчета общей тяги потребуется более полный метод испытаний. [1] В настоящее время последний прототип двигателя проходит испытания в лаборатории космического моделирования под названием «Wombat XL», расположенной в обсерватории Маунт-Стромло Австралийского национального университета (ANU) . [2] [3]
HDLT имеет два основных преимущества перед большинством других конструкций ионных двигателей малой тяги ; Во-первых, он создает ускоряющее электрическое поле, не вставляя в плазму ненадежные компоненты, такие как высоковольтные сети (единственный компонент, обращенный к плазме, - это прочный плазменный сосуд). Во-вторых, нейтрализатор не нужен, так как количество испускаемых электронов и (однозарядных) положительных ионов одинаковое. Таким образом, без движущихся механических частей и подверженности эрозии, доктор Чарльз объясняет: «Пока вы обеспечиваете энергию и топливо, вы можете жить вечно». [2]
Приложения
Основное применение этой конструкции двигателя малой тяги предназначено для удержания спутниковых станций, долгосрочных перемещений с НОО на ГСО орбиты и приложений для дальнего космоса. В то время как типичный дизайн может обеспечить срок службы в 50 лет, [ править ] или экономия 1000 фунтов (≈454 кг) веса ракеты для больших спутников , этот тип двигателя малой тяги может также значительно уменьшить длину межпланетных путешествий. [4] Например, поездку на Марс можно было бы сократить до 3 месяцев вместо 8-9 месяцев с обычными химическими ракетами. [5] [6] [ неудачная проверка ]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ J Ling; MD West; Т. Лафлер; C Чарльз; Р. У. Босуэлл (2010). «Измерения тяги в режиме низкой плотности магнитного поля в двухслойном двигателе« геликон ». Журнал физики D: Прикладная физика . IOP Publishing. 43 (30). Bibcode : 2010JPhD ... 43D5203L . DOI : 10.1088 / 0022-3727 / 43/30/305203 .
- ^ а б «Испытательный полигон для плазменной банки к звездам» . ResearchCareer . 11 марта 2014 . Проверено 19 июля, 2016 .
- ^ «Вомбат пробует электрические ракеты» . Истории австралийской науки . 16 мая 2014 года . Проверено 19 июля, 2016 .
- ^ «Приложения HDLT» . Лаборатория плазменных исследований. Архивировано из оригинального 2 - го марта 2011 года . Проверено 19 июля, 2016 .
- ^ Тарантола, Эндрю (13 июня 2012 г.). "Австралия строит ионный двигатель на мочу" . Gizmodo . Проверено 19 июля, 2016 .
- ^ "Сколько времени займет поездка на Марс?" . Проверено 19 июля, 2016 .
Источники
- Плазменный двигатель испытан для полета на Марс
- Строительный ионный двигатель в Австралии (2012)
- Лаборатория движения ЕКА
- Плазменная банка к звездам (2014)