Создан новый плазменный двигатель на парах воды
Российские ученые предложили новый тип космического двигателя, который сможет использовать водяной пар и обходиться без сложного оборудования для создания высокочастотных колебаний. Исследователи нашли способ превратить явление, которое обычно приводит к поломкам плазменных установок, в основу перспективной технологии. Уже собран экспериментальный макет мощностью до 10 киловатт.
МОСКВА, 21 октября /Новости науки/. Ученые Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» предложили новый принцип работы плазменных двигателей для космоса, позволяющий уменьшить их размеры и вес. Об этом сообщили в пресс-службе вуза.
В основе разработки лежит необычный подход к использованию электрических колебаний, возникающих внутри плазменных установок. Обычно такие колебания считаются опасными, поскольку могут нарушать работу оборудования, повреждать источники питания и даже приводить к разрушению отдельных компонентов. Однако специалисты МИФИ предложили не подавлять эти процессы, а использовать их для создания мощных электрических сигналов, необходимых для работы плазменных систем.
В обычных плазменных двигателях для поддержания и нагрева плазмы могут использоваться внешние генераторы высокочастотной энергии и специальные антенны. Они усложняют конструкцию и увеличивают массу оборудования. В предложенной российскими физиками системе необходимые высокочастотные колебания должны возникать непосредственно внутри рабочей камеры за счет взаимодействия плазмы с ее стенками. Это позволит отказаться от части дополнительного оборудования.
Ключевую роль в работе установки играет тончайшая оксидная пленка, которая формируется на поверхности металлического электрода, например алюминиевого. Ее толщина составляет около 50 нанометров, что в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. Благодаря особым электрическим свойствам такой пленки значительно увеличивается количество электронов, покидающих поверхность металла. Это позволяет усиливать электрические колебания и получать мощные сигналы.
Исследователи установили, что при определенных условиях подобная система способна работать как генератор или усилитель электрических сигналов. Колебания могут достигать частот в миллиарды циклов в секунду, а создаваемые импульсы — размаха в сотни тысяч вольт. При этом для формирования высокочастотных колебаний не требуется отдельный внешний генератор.
Космический двигатель на водяном паре
Одним из наиболее перспективных направлений применения технологии ученые считают создание плазменных двигателей для космических аппаратов. Особенностью предложенной конструкции станет возможность использовать различные вещества для образования плазмы, в том числе водород с примесями кислорода и водяной пар.
Применение воды может оказаться особенно полезным при длительных космических полетах. В отличие от водорода, для хранения которого необходимы специальные системы, воду значительно проще перевозить и хранить. Кроме того, в перспективе космические аппараты смогут пополнять запасы рабочего вещества непосредственно на небесных телах, где имеются доступные источники воды.
Еще одним преимуществом новой конструкции может стать возможность использования металлических стенок рабочей камеры с водяным охлаждением. В сочетании с отказом от внешней высокочастотной антенны это, по расчетам разработчиков, позволит упростить устройство двигателя, уменьшить его массу и увеличить мощность.
В настоящее время специалисты МИФИ собрали экспериментальный макет установки мощностью до 10 киловатт. Ученые продолжают подбирать оптимальные режимы работы и изучать поведение системы при использовании различных газов. При этом полноценный космический двигатель на основе предложенного принципа пока находится на стадии разработки.
От космических двигателей до мощных электрических импульсов
Помимо космической техники, исследователи рассматривают возможность применения нового принципа для создания генераторов высоковольтных импульсов. По их данным, установка, получающая электрическое питание напряжением в несколько сотен вольт, способна формировать импульсы с размахом напряжения в сотни киловольт.
Такие устройства могут найти применение при обработке материалов, в том числе при внедрении ионов в твердые тела для изменения их свойств. Другими перспективными направлениями названы создание управляемых источников рентгеновского излучения и генерация нейтронов с использованием ядерных реакций.
Интерес к разработке связан и с проблемами, возникающими на промышленных предприятиях. Как сообщили в МИФИ, специалисты столкнулись со случаями, когда в мощных установках для нанесения покрытий на алюминиевых электродах самопроизвольно возникали высокочастотные колебания. Они приводили к повреждению дорогостоящего электронного оборудования.
В основе разработки лежит необычный подход к использованию электрических колебаний, возникающих внутри плазменных установок. Обычно такие колебания считаются опасными, поскольку могут нарушать работу оборудования, повреждать источники питания и даже приводить к разрушению отдельных компонентов. Однако специалисты МИФИ предложили не подавлять эти процессы, а использовать их для создания мощных электрических сигналов, необходимых для работы плазменных систем.
В обычных плазменных двигателях для поддержания и нагрева плазмы могут использоваться внешние генераторы высокочастотной энергии и специальные антенны. Они усложняют конструкцию и увеличивают массу оборудования. В предложенной российскими физиками системе необходимые высокочастотные колебания должны возникать непосредственно внутри рабочей камеры за счет взаимодействия плазмы с ее стенками. Это позволит отказаться от части дополнительного оборудования.
Ключевую роль в работе установки играет тончайшая оксидная пленка, которая формируется на поверхности металлического электрода, например алюминиевого. Ее толщина составляет около 50 нанометров, что в тысячи раз меньше толщины человеческого волоса. Благодаря особым электрическим свойствам такой пленки значительно увеличивается количество электронов, покидающих поверхность металла. Это позволяет усиливать электрические колебания и получать мощные сигналы.
Исследователи установили, что при определенных условиях подобная система способна работать как генератор или усилитель электрических сигналов. Колебания могут достигать частот в миллиарды циклов в секунду, а создаваемые импульсы — размаха в сотни тысяч вольт. При этом для формирования высокочастотных колебаний не требуется отдельный внешний генератор.
Космический двигатель на водяном паре
Одним из наиболее перспективных направлений применения технологии ученые считают создание плазменных двигателей для космических аппаратов. Особенностью предложенной конструкции станет возможность использовать различные вещества для образования плазмы, в том числе водород с примесями кислорода и водяной пар.
Применение воды может оказаться особенно полезным при длительных космических полетах. В отличие от водорода, для хранения которого необходимы специальные системы, воду значительно проще перевозить и хранить. Кроме того, в перспективе космические аппараты смогут пополнять запасы рабочего вещества непосредственно на небесных телах, где имеются доступные источники воды.
Еще одним преимуществом новой конструкции может стать возможность использования металлических стенок рабочей камеры с водяным охлаждением. В сочетании с отказом от внешней высокочастотной антенны это, по расчетам разработчиков, позволит упростить устройство двигателя, уменьшить его массу и увеличить мощность.
В настоящее время специалисты МИФИ собрали экспериментальный макет установки мощностью до 10 киловатт. Ученые продолжают подбирать оптимальные режимы работы и изучать поведение системы при использовании различных газов. При этом полноценный космический двигатель на основе предложенного принципа пока находится на стадии разработки.
От космических двигателей до мощных электрических импульсов
Помимо космической техники, исследователи рассматривают возможность применения нового принципа для создания генераторов высоковольтных импульсов. По их данным, установка, получающая электрическое питание напряжением в несколько сотен вольт, способна формировать импульсы с размахом напряжения в сотни киловольт.
Такие устройства могут найти применение при обработке материалов, в том числе при внедрении ионов в твердые тела для изменения их свойств. Другими перспективными направлениями названы создание управляемых источников рентгеновского излучения и генерация нейтронов с использованием ядерных реакций.
Интерес к разработке связан и с проблемами, возникающими на промышленных предприятиях. Как сообщили в МИФИ, специалисты столкнулись со случаями, когда в мощных установках для нанесения покрытий на алюминиевых электродах самопроизвольно возникали высокочастотные колебания. Они приводили к повреждению дорогостоящего электронного оборудования.
