VASIMR

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Prototyp silnika wypełniony “gorącą” plazmą. Testy przeprowadzane są w Johnson Space Center

Silnik plazmowy o zmiennym impulsie właściwym, VASIMR (ang. VAriable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) – jonowy napęd statku kosmicznego, który wykorzystuje energię mikrofal i pole magnetyczne do podgrzania, przyspieszania i ukierunkowania czynnika roboczego a tym samym wytworzenia siły ciągu. W porównaniu do silnika jonowego elektrostatycznego ma zapewnić znacznie większą i regulowaną siłę ciągu. Obecnie trwają prace nad skonstruowaniem silnika, który będzie mógł zostać zastosowany praktycznie.

Mikrofale – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego o długości fali pomiędzy podczerwienią i falami ultrakrótkimi, zaliczane są do fal radiowych. W różnych opracowaniach spotyka się różne zakresy promieniowania uznawanego za promieniowanie mikrofalowe, przykładowo od 1 mm (częstotliwość 300 GHz) do 30 cm (1 GHz), częstotliwość = 3·10 ÷ 3·10 Hz, a długości λ = 10 ÷ 0,1 m . Ten zakres pokrywa również pasma UHF oraz EHF (fale milimetrowe).Tokamak (z ros.Toroidalnaja Kamiera s Magnitnymi Katuszkami, język rosyjski: „toroidalna komora z cewką magnetyczną”) – urządzenie do przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Główna komora ma kształt torusa. Dzięki elektromagnesom tworzony jest pierścień plazmy. Komora wypełniona jest zjonizowanym gazem (deuterem albo mieszaniną deuteru i trytu). Zmienne pole magnetyczne pochodzące z transformatora indukuje prąd elektryczny w pierścieniu gazu. Prąd ten powoduje wyładowania w gazie. Zachodzi jeszcze większa jego jonizacja i ogrzewanie. W końcu tworzy się gorąca plazma. Gorąca plazma jest utrzymywana w zwartym słupie wewnątrz pierścienia dzięki silnemu polu magnetycznemu.

Metoda podgrzewania plazmy stosowana w napędzie VASIMR była pierwotnie rozwijana w rezultacie badań nad reakcją termojądrową np. w tokamaku.

Prace nad napędem rozpoczęto w roku 1979 w Charles Stark Draper Laboratory pod kierownictwem dr Franklina Chang-Díaza. Kontynuowano je następnie w Plasma Fusion Center należącym do Massuchusetts Institute of Technology. Obecnie prace nad napędem trwają w założonym w grudniu 1993 Advanced Space Propulsion Laboratory (Ośrodek Kosmiczny im. Johnsona).

Siła ciągu (ciąg) – siła będąca wynikiem działania silnika pojazdu, obiektu pływającego lub latającego. Siła ciągu jest siłą reakcji powstaje zgodnie z III zasadą dynamiki w wyniku oddziaływania układu napędowego pojazdu z innymi ciałami.Wodór (H, łac. hydrogenium) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 1, niemetal z bloku s układu okresowego. Jego izotop, prot, jest najprostszym możliwym atomem, zbudowanym z jednego protonu i jednego elektronu.

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 uda się uzyskać urządzenie wytwarzające stosunkowo duży ciąg, to napęd VASIMR będzie wymagać sporo ciężkiego sprzętu, by nadać plazmie dużą prędkość, dlatego VASIMR będzie nieprzydatny do zastosowań takich jak np. start z powierzchni planety, ale może być wykorzystany do długotrwałych lotów. By stosowanie urządzenia było opłacalne musi wytwarzać większy impuls właściwy w odniesieniu do masy całego układu niż stosowane silniki z napędem chemicznym (spalanie). Jest to możliwe do uzyskania poprzez stosowanie źródła energii o dużej wydajności z jednostki masy, a jedynymi w zakresie praktycznych zastosowań są reakcje jądrowe.

Kelwin – jednostka temperatury w układzie SI równa 1/273,16 temperatury termodynamicznej punktu potrójnego wody, oznaczana K. Definicja ta odnosi się do wody o następującym składzie izotopowym: 0,00015576 mola H na jeden mol H, 0,0003799 mola O na jeden mol O i 0,0020052 mola O na jeden mol O.Nadprzewodnictwo – stan materiału polegający na zerowej rezystancji, jest osiągany w niektórych materiałach w niskiej temperaturze.

Budowa silnika VASIMR[ | edytuj kod]

Uproszczony schemat 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:

Reaktor jądrowy – urządzenie, w którym przeprowadza się z kontrolowaną szybkością reakcje jądrowe; na obecnym etapie rozwoju nauki i techniki są to przede wszystkim reakcje rozszczepienia jąder atomowych. Reakcje te mają charakter łańcuchowy – produkty reakcji (w tym głównie neutrony) mogą zainicjować kilka następnych. Aby uniknąć lawinowego wzrostu szybkości reakcji, reaktor dzieli się na strefy wypełnione na przemian paliwem, chłodziwem oraz moderatorem, czyli substancją spowalniającą neutrony. Szybkość reakcji kontrolowana jest m.in. przez zmianę wzajemnego położenia lub proporcji tych składników, a także przez wprowadzanie dodatkowych substancji pochłaniających lub spowalniających neutrony, zawartych w tzw. prętach regulacyjnych (służących do normalnej regulacji parametrów reakcji) oraz prętach bezpieczeństwa (stosowanych do awaryjnego wyłączania reaktora). Substancjami używanymi do pochłaniania neutronów termicznych są m.in. bor i kadm, natomiast jako moderatorów używa się m.in. berylu, grafitu, a także wody, pełniącej równocześnie rolę chłodziwa.Plazma – zjonizowana materia o stanie skupienia przypominającym gaz, w którym znaczna część cząstek jest naładowana elektrycznie. Mimo że plazma zawiera swobodne cząstki naładowane, to w skali makroskopowej jest elektrycznie obojętna.
  • wtryskiwacz paliwa i pierwsza antena mikrofalowa,
  • komora grzewcza z drugą anteną mikrofalową,
  • dysza magnetyczna.
  • W komorze grzewczej i dyszy magnetycznej istnieje silne pole magnetyczne wytwarzane przez otaczające je nadprzewodzące elektromagnesy.

    Oprócz silnika w zespole napędowym znajdują się również:

  • zbiornik z paliwem (ciekły wodór)
  • system zasilania (wytwarzania energii elektrycznej) (reaktor jądrowy, ogniwa słoneczne)
  • układ chłodzenia (jest bardzo ważnym elementem w napędzie VASIMR, ponieważ podczas pracy silnika plazma ma bardzo wysoką temperaturę, przez co nagrzewa komorę i elektromagnesy). Na układ chłodzenia składają się:
  • radiatory – odbierają ciepło z komory grzewczej silnika oraz centralnego elektromagnesu
  • izolacja termiczna - utrzymuje niską temperaturę w zbiornikach z paliwem (wodór jest utrzymywany w stanie ciekłym)
  • układ doprowadzania paliwa - jest jednocześnie wykorzystywany do schładzania wytwornicy plazmy, komory grzewczej, dyszy magnetycznej oraz elektromagnesów (nadprzewodniki elektromagnesów do prawidłowej pracy wymagają niskiej temperatury).
  • Elektromagnes – urządzenie wytwarzające pole magnetyczne w wyniku przepływu przez nie prądu elektrycznego. Zbudowany jest z cewki nawiniętej zazwyczaj na rdzeniu ferromagnetycznym, o otwartym obwodzie magnetycznym, zwiększającym natężenie pola magnetycznego w części otoczenia zwojnicy. Pole magnetyczne wytwarzane przez elektromagnes wzrasta przy wzroście natężenia prądu elektrycznego płynącego przez cewkę. Pole magnetyczne zanika, gdy prąd przestaje płynąć.Radiator [łac.] (rozpraszacz ciepła) – element lub zespół elementów odprowadzających ciepło z elementu, z którym się styka, do otoczenia (np. powietrza). Radiator jest specjalnie ukształtowaną bryłą z metalu (lub jego stopów) dobrze przewodzącego ciepło o rozwiniętej powierzchni od strony powietrza zazwyczaj w postaci żeber, prętów by zwiększyć przekazywanie ciepła. Radiatory wykonuje się najczęściej z aluminium i miedzi. Aluminium często barwi się na czarno. Powszechnie stosowane są w elektronice, ze względu na dużą ilość ciepła wydzielaną z niewielkich elementów, co odpowiada dużej gęstości mocy.


    Podstrony: 1 [2] [3]




    Warto wiedzieć że... beta

    Ogniwo słoneczne, ogniwo fotowoltaiczne, ogniwo fotoelektryczne, fotoogniwo – element półprzewodnikowy, w którym następuje przemiana (konwersja) energii promieniowania słonecznego (światła) w energię elektryczną w wyniku zjawiska fotowoltaicznego, czyli poprzez wykorzystanie półprzewodnikowego złącza typu p-n, w którym pod wpływem fotonów o energii większej, niż szerokość przerwy energetycznej półprzewodnika, elektrony przemieszczają się do obszaru n, a dziury (zob. nośniki ładunku) do obszaru p. Takie przemieszczenie ładunków elektrycznych powoduje pojawienie się różnicy potencjałów, czyli napięcia elektrycznego.
    Statek kosmiczny – pojazd poruszający się poza atmosferą Ziemi. Pojazd ten musi być wyniesiony i rozpędzony do odpowiedniej prędkości przez silniki napędowe. Współczesne statki kosmiczne wynoszone są w górę dzięki napędowi rakietowemu, który wytwarza siłę odrzutu. Wyróżnia się kilka rodzajów statków kosmicznych:
    Paliwo – substancja wydzielająca przy intensywnym utlenianiu (spalaniu) duże ilości ciepła. Energia uzyskana ze spalania paliwa wykorzystywana jest:
    Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa – zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe. W wyniku fuzji mogą powstawać obok nowych jąder też wolne neutrony, protony, cząstki elementarne i cząstki alfa.
    Centrum Lotów Kosmicznych imienia Lyndona B. Johnsona (Johnson Space Center, JSC) - centrum załogowych lotów kosmicznych NASA w Houston w Teksasie.
    Franklin Ramón Chang Díaz (ur. 5 kwietnia 1950 w San José w Kostaryce) – amerykańsko-kostarykański fizyk i astronauta. Brał udział w siedmiu misjach wahadłowców kosmicznych NASA.
    Pole magnetyczne – stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia, w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego albo obu.

    Reklama