Японцы добились успеха в создании плазменного двигателя

Москва, 20:50, 18 Июн 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Исследователи из Университета Тохоку (Япония) пытались выяснить, как поток плазмы зависит от окружающей среды, добившись успеха в исследованиях по созданию безэлектродного плазменного двигателя, который можно использовать для создания космических аппаратов.

Вселенная состоит из плазмы — газа, такого горячего, что его частицы электрически заряжены. На плазму легко влияют магнитные поля и силы, что может привести к ее сложному поведению. Плазма встречается во всей Солнечной системе в таких местах, как планетарная магнитосфера, солнечный ветер и хвосты комет.

Магнитные поля, растянутые плазменными потоками, приводящими к увеличению составляющей поля вдоль потока плазмы, часто наблюдаются в космосе. Напротив, ученые в земных лабораториях часто видят, что магнитное поле уменьшается из-за его диамагнетизма плазмой. Это означает, что плазма может генерировать магнитное поле направлении обратном к тому, которое применяется.

Существует множество методов движения, используемых для ускорения космических аппаратов и искусственных спутников. И хотя у всех есть свои плюсы и минусы, электрическая сила широко используется. Технология плазменного двигателя с электроприводом может обеспечить большую плотность тяги без необходимости подвергать электроды плазме, что сокращает эрозию.

В то время как почти все космические аппараты используют химические ракеты для запуска, то когда оборудование уже находится в космосе, все еще требуется движитель для маневрирования корабля. Здесь предпочтительным является электрическое движение с его более высокой скоростью выхлопа и надежностью.

Некоторые новые концепции плазменных двигателей включают в себя расширяющееся магнитное поле, называемое магнитным соплом (МС), где плазма спонтанно ускоряется, чтобы толкать космический корабль в космосе.

Сила, индуцированная МС, движущая космический аппарат, была продемонстрирована в лабораторных экспериментах и возникает в плазме, индуцирующей магнитное поле в направлении, противоположном к применяемому. Это работает как магниты, у которых есть N полюса, обращенные друг к другу: один будет отталкивать другой. Точно так же плазма в пропульсивном МС существенно расходится с магнитным полем. Но поскольку магнитные поля закрыты и повернуты назад к космическому аппарату, плазма, под воздействием поля, поворачивается назад, создавая нулевой заряд.

Чтобы преодолеть эту проблему, плазму нужно было отделить от МС, и был предложен сценарий, в котором линии магнитного поля растягиваются до бесконечности потоком плазмы.
Ученые наблюдали пространственный переход между двумя плазменными состояниями, расходящимися и растягивающими МС. Этот результат может означать, что поток плазмы может направлять магнитное поле в космос, сохраняя при этом генерацию тяги МС. Считалось, что растяжение магнитного поля происходит, когда поток плазмы достигает определенной скорости, называемой альвеновской скоростью, но эксперимент показывает, что это на самом деле происходит с меньшей скоростью, чем ожидалось.

Изменение напряженности поля в настоящее время составляет лишь несколько процентов от применяемой силы магнитного поля, но это важный первый шаг для преодоления проблемы снятия плазмы с МС в плазменном двигателе.

Кроме того, этот эксперимент, как представляется, дает некоторые подсказки о поведении плазмы в разных средах, сокращая разрыв между лабораторией и естественным миром. Дальнейшие подробные эксперименты по широкому спектру параметров, теоретическое моделирование и численное моделирование все еще необходимы.