Стъпка по-близо до изследване на дълбокия космос - по-ефективен плазмен двигател

Изследовател от Университета Тохоку е направил значителни подобрения на високомощен безелектроден плазмен двигател, който може да улесни изследването на дълбокия космос.

Тези постижения в технологията за електрически двигатели имат потенциала да направят революция в космическата индустрия по същия начин, по който иновациите в наземния транспорт, като автомобилите, влаковете и самолетите, преобразиха съответните индустрии.

Електрическите двигатели използват електромагнитни полета за ускоряване на горивото и генериране на тяга. Космическите агенции гледат на технологиите за електрическо задвижване като бъдещето на космическите изследвания.

Вече няколко космически мисии успешно са приключили с помощта на електрически двигатели, като например решетъчни йонни двигатели и двигатели на Хол, които горивото се йонизира, т.е. превръща се в плазма, и се ускорява от електромагнитни полета. Но електродите, необходими за тези устройства, ограничават техния живот, тъй като те се излагат на въздействието на плазмата и се повреждат от нея, особено при висока мощност.

За да заобиколят това, учените се насочват към безелектродни плазмени двигатели. Една такава технология използва радиочестота (rf) за генериране на плазма. Антена излъчва радиовълни в цилиндрична камера, за да създаде плазма, където магнитна дюза (MN) насочва и ускорява плазмата, за да генерира тяга.

MN rf плазмените двигатели или хеликони, както са известни понякога, предлагат простота, оперативна гъвкавост и потенциално високо съотношение между тяга и мощност.

Разработването на МN rf плазмени двигатели обаче е възпрепятствано от ефективността на преобразуване на rf енергията в енергия на тягата. Ранните експерименти са довели до едноцифрени коефициенти на преобразуване, а по-новите изследвания достигат скромния резултат от 20%.

Според наскоро публикувано проучване професор Казунори Такахаши (Kazunori Takahashi) от катедрата по електротехника на Университета Тохоку е постигнал 30% ефективност на преобразуване.

Докато в съвременните електрическите двигатели често се използва газ ксенон, който е скъп и труден за доставка в достатъчни количества, сегашната 30% ефективност е постигната с гориво аргон. Това показва, че един МН rf плазмен двигател би намалил разходите и натоварването на ресурсите от Земята.

"Пробивът отваря вратата за напредък в технологиите за космически транспорт с висока мощност", коментира Такахаши.

Справка: “Thirty percent conversion efficiency from radiofrequency power to thrust energy in a magnetic nozzle plasma thruster” by Kazunori Takahashi, 10 November 2022, Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7

Източник: One Step Closer to Deeper Explorations Into Space – Improved Performance of Plasma Thrusters
Tohoku University