VASIMR
Z Wikipedii
Silnik plazmowy o zmiennym impulsie właściwym, VASIMR (ang. VAriable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) jest hipotetyczną odmianą napędu statku kosmicznego, który wykorzystuje energię mikrofal i pole magnetyczne do przyspieszania czynnika roboczego (wytworzenia siły ciągu).
Metoda podgrzewania plazmy stosowana w napędzie VASIMR była pierwotnie rozwijana w rezultacie badań nad reakcją termojądrową.
Prace nad napędem rozpoczęto w roku 1979 w Charles Stark Draper Laboratory pod kierownictwem dr Franklina Chang-Diaz’a. Kontynuowane następnie w Massuchusetts Institute of Technology Plasma Fusion Center. Obecnie prace nad napędem trwają w założonym w grudniu 1993 Advanced Space Propulsion Laboratory (Ośrodek Kosmiczny im Johnsona).
Aktualne konstrukcje VASIMR powinny być zdolne do wytwarzania impulsów właściwych w zakresie 10,000-300,000 m/s (1,000-30,000 sekund) – dolna granica zakresu odpowiada niektórym silnikom jonowym.
Jeśli kiedyś uda się uzyskać stosunkowo duży ciąg, to podróże z napędem VASIMR będą wymagać sporo ciężkiego sprzętu by oddzielić nawet względnie rozrzedzoną plazmę, dlatego VASIMR będzie nieprzydatny do zastosowań takich jak np.: start z powierzchni planety.
[edytuj] Budowa silnika VASIMR
Główną częścią zespołu napędowego jest silnik plazmowy z regulowaną siłą ciągu (do wytwarzania plazmy wykorzystywana jest energia mikrofal), w skład którego wchodzą następujące podzespoły:
- wtryskiwacz paliwa i pierwsza antena mikrofalowa
- komora grzewcza z drugą anteną mikrofalową
- dysza magnetyczna
Wszystkie wymienione wyżej części silnika są otoczone nadprzewodzącymi elektromagnesami. Oprócz silnika w zespole napędowym znajdują się również:
- zbiornik z paliwem (ciekły wodór)
- system zasilania (reaktor jądrowy, ogniwa słoneczne)
- układ chłodzenia (jest bardzo ważnym elementem w napędzie VASIMR, ponieważ podczas pracy silnika i układu zasilania powstają ogromne ilości ciepła, które należy odprowadzić na zewnątrz). Na układ chłodzenia składają się:
- radiatory – odbierają ciepło z komory grzewczej silnika oraz centralnego elektromagnesu
- izolacja termiczna - utrzymuje niskie temperatury w zbiornikach z paliwem (wodór musi być utrzymywany w stanie ciekłym, na co potrzeba bardzo niskich temperatur)
- układ doprowadzania paliwa - jest jednocześnie wykorzystywany do schładzania wytwornicy plazmy, komory grzewczej, dyszy magnetycznej oraz elektromagnesów (nadprzewodniki elektromagnesów do prawidłowej pracy potrzebują obecnie bardzo niskich temperatur).
[edytuj] Działanie silnika VASIMR
Wodór ze zbiorników jest przepompowywany poprzez układ doprowadzania paliwa, przejmuje część ciepła od elektromagnesów i silnika - przechodzi w stan gazowy. Po rozdzieleniu frakcji ciekłej i gazowej paliwo trafia do wytwornicy plazmy i zostaje podgrzane przez mikrofale do stanu plazmy niskotemperaturowej (czyli tzw. plazmy „zimnej” o temperaturze rzędu setek tysięcy Kelvinów). Cząstki wodoru zaczynają wirować wokół linii sił pola magnetycznego (wytworzonego przez elektromagnesy) w komorze silnika i jednocześnie przemieszczać się wzdłuż nich. Linie sił tych pól przebiegają równolegle wzdłuż silnika - tworząc kanał (przez całą drogę plazma nie ma kontaktu ze ścianami komory silnika, który skończyłoby się ich stopieniem). Stamtąd „zimna” plazma wchodzi do komory grzewczej. Mikrofale z drugiej anteny podgrzewają ją do stanu plazmy wysokotemperaturowej (tzw. plazmy „gorącej” o temperaturach rzędu dziesiątek milionów K) i powiększają jej energię kinetyczną, a zarazem jej szybkość przepływu. Przelatując kanałem z pól magnetycznych dochodzą do przewężenia dyszy magnetycznej silnika. Tam przekraczają prędkość Alfvena i opuszczają dyszę dostarczając siły ciągu poruszającej statek kosmiczny.
Napęd VASIMR może pracować w dwóch trybach:
- małej wydajności (duża siła ciągu przy jednoczesnym większym zużyciu paliwa i mniejszej prędkości wylotowej plazmy)
- dużej wydajności (wytwarzana jest mniejsza ilość plazmy, ale ma ona za to większą prędkość wylotową. Zużywa się mniej paliwa).
Zobacz też: silnik rakietowy, silnik jonowy
