Как улучшить плазменные двигатели? Ученые использовали нестабильность самой плазмы для решения давно известной проблемы, перевернув привычное мышление с ног на голову.
Плазменный двигатель, также называемый магнитоплазменным двигателем, представляет собой тип реактивного двигателя, в котором рабочим телом является плазма с высокой степенью ионизации. Благодаря его электромагнитному ускорению удается получить мощную тягу — гораздо большую, чем в случае с обычными двигателями при том же расходе топлива. Такие двигатели используются в ракетах и космических аппаратах.
Однако плазменные двигатели не идеальны, но группа ученых из Университета Тохоку придумала, как их улучшить. Подробности опубликованы в журнале Scientific Reports .
Плазменные двигатели еще лучше
В основе плазменных двигателей лежат магнитные сопла, которые направляют и ускоряют плазму для создания тяги. Инженеры уже давно наблюдают явление т.н. отрыв плазмы, что сдерживает дальнейшее развитие этой технологии.
Линии магнитного поля всегда образуют замкнутые петли, поэтому на поток плазмы влияет конструкция двигателя. Ионы легко «вырываются» из магнитного сопла, а электроны (малой массы) прочно связаны с силовыми линиями, создавая «тормозящее» электрическое поле. С одной стороны, ионы хотят «выйти» за пределы силовых линий магнитного поля, а с другой стороны, электроны тянут их обратно. Это создает нулевую чистую тягу.
Проанализировав подробные данные сигналов плотности плазмы и флуктуаций электрического поля, японские ученые обнаружили, что спонтанно возбуждаемые волны вызывают перенос замагниченных электронов к главной оси магнитного сопла, нейтрализуя отрывающиеся ионы. Внутренний перенос электронов на самом деле был полезен для отрыва, помогая уменьшить расходимость расширяющегося плазменного пучка. Это означает, что электроны могут быть захвачены, тем самым увеличив тягу.
Наше открытие — редкий случай, когда нестабильность плазмы действительно благотворно влияет на технику.Эти результаты открывают новые перспективы в отношении роли нестабильностей в плазме и помогут в разработке сопел радиочастотных магнитных плазменных двигателей.проф.Кадзунори Такахаси с факультета электротехники Университета Тохоку и ведущий автор исследования.