Исследователь из Университета Тохоку значительно усовершенствовал мощный безэлектродный плазменный двигатель, приблизив нас к исследованию более глубокого космоса.
Радиочастотный плазменный двигатель с магнитным соплом работал в вакуумной камере Mega HPT в Университете Тохоку. Предоставлено: Казунори Такахаши.
Эти достижения в технологии электрических двигателей могут произвести революцию в космической отрасли точно так же, как инновации в наземном транспорте, такие как автомобили, поезда и самолеты, изменили соответствующие отрасли.
Электрическая тяга — это метод, использующий электромагнитные поля для ускорения топлива и создания тяги, которая приводит в движение космический корабль. Космические агентства первыми внедрили технологию электрического движения как будущее космических исследований.
Уже успешно завершено несколько космических миссий с использованием электрических двигательных установок, таких как ионные двигатели с сеткой и двигатели Холла. Солнечная энергия преобразуется в энергию тяги, когда топливо становится ионизированным, то есть плазмой, и ускоряется электромагнитными полями. Тем не менее, электроды, необходимые для этих устройств, ограничивают срок их службы, поскольку они подвергаются воздействию плазмы и повреждаются ею, особенно на высоком уровне мощности.
Чтобы обойти это, ученые обратились к безэлектродным плазменным двигателям. Одна из таких технологий использует радиочастоту (РЧ) для генерации плазмы. Антенна излучает радиоволны в цилиндрическую камеру для создания плазмы, где магнитное сопло направляет и ускоряет плазму для создания тяги. Радиочастотные плазменные двигатели MN, или винтовые двигатели, как их иногда называют, отличаются простотой, эксплуатационной гибкостью и потенциально высоким отношением тяги к мощности.
Но разработка радиочастотных плазменных двигателей MN была остановлена эффективностью преобразования радиочастотной мощности в энергию тяги. Ранние эксперименты давали однозначные коэффициенты конверсии, но более поздние исследования достигли скромного результата в 20%.
В недавнем исследовании профессор Кадзунори Такахаси с факультета электротехники Университета Тохоку добился эффективности преобразования 30%.
В то время как зрелые электрические двигательные установки часто используют газ ксенон, который дорог и его трудно поставлять в достаточных количествах, текущий КПД 30% был получен с использованием аргона. Это указывает на то, что плазменный двигатель MN rf снизит стоимость и ресурсную нагрузку с Земли.
«Применение магнитного поля остроконечного типа препятствовало потере энергии, которая обычно происходит со стенкой источника плазмы», — сказал Такахаши. «Прорыв открывает двери для достижений в области мощных космических транспортных технологий».
Ссылка: «Тридцатипроцентная эффективность преобразования радиочастотной мощности в энергию тяги в плазменном двигателе с магнитным соплом», Кадзунори Такахаши, 10 ноября 2022 г., Научные доклады.
DOI: 10.1038/s41598-022-22789-7
