علاقه روزافزون به اکتشافات اعماق فضا، نیاز به سیستم های موشکی قدرتمند دوربرد را برای کنترل فضاپیماها در فضا برانگیخته است. دانشمندان آزمایشگاه فیزیک پلاسمای پرینستون (PPPL) در وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) نسخه اصلاح شده کوچکی از یک سیستم محرکه مبتنی بر پلاسما به نام دستگاه محرکه هال ساخته اند که به طور همزمان عمر موشک را افزایش می دهد و قدرت بالایی تولید می کند.
سیستم مینیاتوری پلاسما - حالتی از ماده که از الکترون‌های شناور آزاد و هسته‌ها یا یون‌های اتمی تشکیل شده است - قطری بیش از یک اینچ دارد و دیواره‌های اطراف پیشرانه پلاسما را حذف می‌کند تا پیکربندی‌های نوآورانه موتور ایجاد کند. از جمله این ابداعات می توان به هل استوانه ای شکل که برای اولین بار در PPPL پیشنهاد و مورد مطالعه قرار گرفت و هل هلال کاملا بدون دیوار است. هر دو پیکربندی فرسایش مجرای ناشی از فعل و انفعالات دیواره پلاسما را کاهش می دهند که عمر رانشگر را محدود می کند - یک مسئله کلیدی برای رانشگرهای حلقه هال یا حلقه ای معمولی و به ویژه برای موتورهای مینیاتوری کم توان برای کاربردهای ماهواره ای کوچک.
به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است
پیشرانه های استوانه ای هال توسط فیزیکدانان PPPL یوجین ریتس و نات فیش در سال 1999 اختراع شدند و از آن زمان با دانش آموزان در آزمایش مکانیسم رانش آزمایشگاهی (HTX) مورد مطالعه قرار گرفتند. دستگاه‌های PPPL همچنین در کشورهایی از جمله کره، ژاپن، چین، سنگاپور و اتحادیه اروپا مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و کره و سنگاپور برنامه‌هایی را برای پرواز با آنها در نظر گرفته‌اند.
در حالی که پیشرانه های دیوار بدون هال می توانند فرسایش کانال را به حداقل برسانند، اما با مشکل انبساط گسترده یا واگرایی رانش پلاسما مواجه هستند که عملکرد سیستم را مختل می کند. برای کاهش این مشکل، PPPL یک نوآوری کلیدی را در سیستم جدید بدون دیوار خود به شکل یک الکترود قطعه‌بندی شده، یک حامل جریان متمرکز متصل نصب می‌کند. رایتز گفت که این نوآوری نه تنها واگرایی را کاهش می دهد و به تقویت رانش موشک کمک می کند، بلکه سکسکه موتورهای پلاسمای کوچک هال را نیز سرکوب می کند، که باعث اختلال در تحویل یکنواخت نیرو می شود.
یافته های جدید در مجموعه مقالاتی به پایان می رسد که جاکوب سیموندز، دانشجوی فارغ التحصیل دپارتمان مهندسی مکانیک و هوافضا در دانشگاه پرینستون، به همراه Reitses، مشاور دکترای خود منتشر کرده است. ماساکی یامادا، فیزیکدان PPPL به عنوان مشاور دیگر خدمت می کند. ریتز، سرپرست تحقیقات PPPL در مورد پلاسما در دمای پایین و فیزیک HTX، گفت: "در دو سال گذشته، ما سه مقاله در مورد فیزیک جدید هل‌کننده‌های پلاسما منتشر کرده‌ایم که منجر به پیشران دینامیکی توصیف شده در این مقاله شد." او یک اثر جدید را توصیف می کند که نوید تحولات جدید در این زمینه را می دهد.
استفاده از الکترودهای قطعه بندی شده برای هل هال جدید نیست. Raitses و Fisch قبلاً از چنین الکترودهایی برای کنترل جریان پلاسما در فشار دهنده های حلقه هال معمولی استفاده کرده بودند. اما تأثیری که سیموندز در مقاله اخیر در Applied Physics Letters اندازه‌گیری و توصیف می‌کند بسیار قوی‌تر است و تأثیر بیشتری بر عملکرد و عملکرد کلی موتور دارد.
فوکوس کردن جت
دستگاه جدید به غلبه بر مشکل موتورهای هال بدون دیوار کمک می‌کند، که به سوخت پلاسما اجازه می‌دهد از موشک با زاویه وسیع پرتاب شود و کمک چندانی به رانش موشک کند. سیموندز می‌گوید: «به طور خلاصه، هل‌کننده‌های بدون دیوار، اگرچه امیدوارکننده هستند، اما به دلیل نبود دیواره‌های کانال، مسیری بدون تمرکز دارند. بنابراین ما مجبور شدیم راهی برای تمرکز جت برای افزایش کشش و کارایی و تبدیل آن به یک موتور کلی فضاپیما پیدا کنیم.
الکترود قطعه‌بندی شده مقداری جریان الکتریکی را از الکترود استاندارد ولتاژ بالا پیشران منحرف می‌کند تا پلاسما را شکل دهد و فوکوس جت را باریک و بهبود بخشد. الکترود این اثر را با تغییر جهت نیروها در پلاسما ایجاد می کند، به ویژه نیروهای وارد بر پلاسمای زنون یونیزه شده، که سیستم برای به حرکت درآوردن موشک شتاب می دهد. یونیزاسیون گاز زنون مورد استفاده در فرآیند را به الکترون‌ها و هسته‌ها یا یون‌های اتمی آزاد تبدیل می‌کند.
این پیشرفت ها چگالی کشش را با کوچکتر کردن بیشتر آن، که یک هدف کلیدی برای هل دهنده های هال است، افزایش داده است. سیموندز گفت: یک مزیت اضافی الکترود قطعه‌بندی شده کاهش ناپایداری‌های پلاسما است که نوسانات در رژیم تنفس نامیده می‌شود، "جایی که با تغییر نرخ یونیزاسیون در طول زمان، مقدار پلاسما به صورت دوره‌ای افزایش و کاهش می‌یابد." او افزود که با کمال تعجب، الکترود قطعه‌بندی شده باعث ناپدید شدن این نوسانات شد. او گفت: «الکترودهای قطعه بندی شده به این دلایل برای هل هال هال بسیار مفید هستند.
موشک جدید با رانش بالا می تواند به ویژه برای ماهواره های مکعبی کوچک یا CubeSats مفید باشد. ماساکی یامادا، یک دانشجوی دکترا در سیموندز که آزمایش اتصال مجدد مغناطیسی (MRX) را هدایت می‌کند، که فرآیند پشت شعله‌های خورشیدی، شفق‌های شمالی و دیگر پدیده‌های کیهانی را مطالعه می‌کند، استفاده از یک سیستم الکترود بدون دیواره تقسیم‌بندی شده را برای تامین انرژی CubeSat پیشنهاد کرد. سیموندز و تیم شاگردانش به رهبری پروفسور دانیل مارلو، استاد فیزیک 1911 در ایوانز کرافورد در پرینستون، این پیشنهاد را برای توسعه CubeSat و چنین موشکی پذیرفتند، پروژه ای که به دلیل همه گیر شدن کووید-19 تقریباً به اتمام رسید و ممکن است این امر ممکن است متوقف شود. در آینده از سر گرفته شود.
این مطالعه در منتشر شد حروف در فیزیک کاربردی.
نقل قول: دانشمندان موشک جدید فضای عمیق را نشان می دهند (2021، 22 دسامبر)، بازیابی شده در 23 دسامبر 2021 از https://phys.org/news/2021-12-scientists-rocket-deep-space-exploration .html
این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هرگونه معامله منصفانه به منظور تحقیق یا مطالعه خصوصی، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تکثیر نیست. محتوا فقط برای مقاصد اطلاعاتی ارائه شده است.
[ad_2]
مقالات مشابه
- را سیاه و سفید زندگی مهم جنبش در نهایت پایان دادن به مؤتلفه پرچم و مجسمه?
- کربن فعال | تجهیز یار
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی
- کلمات کلیدی: 'ساختمان ماده بیش از حد': Philadelphia Inquirer ویرایشگر استعفا بیش تیتر به عنوان روزنامه نفی آن 'ریف' در زندگی مهم
- کنگره گزارش: "من هرگز به شما دروغ': دبیر مطبوعاتی می دهد برای اولین بار در کاخ سفید جلسه توجیهی در بیش از یک سال و
- بحث زباله را جنگل-منینگ در مقابل مایکلسون-بردی به حماسه سطح
- NFL power rankings
- کفش پوما - آفلند
- شرکت صادرات و واردات کالاهای مختلف از جمله کاشی و سرامیک و ارائه دهنده خدمات ترانزیت و بارگیری دریایی و ریلی و ترخیص کالا برای کشورهای مختلف از جمله روسیه و کشورهای حوزه cis و سایر نقاط جهان - بازرگانی علی قانعی