플라즈마 추진 엔진

Plasma propulsion engine
"Plasma engine"은 여기서 리다이렉트 됩니다.비디오 게임 엔진은 Plasma(엔진)를 참조하십시오.
시험 발사 중 추진력
VASIMR 플라즈마 엔진의 아티스트 렌더링

플라즈마 추진 엔진은 준중성 플라즈마로부터 추력을 발생시키는 전기 추진의 일종이다.이는 플라즈마 소스에서 이온 전류를 추출하여 추력을 생성하고 그리드/아노드를 사용하여 고속으로 가속하는 이온 추진 엔진과 대조적이다.이는 다양한 형태로 존재합니다(전기 추진 참조).그러나 과학 문헌에서 "플라스마 추진기"라는 용어는 보통 "이온 엔진"[1]으로 지정된 추진기를 포함하기도 한다.

플라즈마 스러스터는 일반적으로 플라즈마 내의 하전 입자를 가속하기 위해 고전압 그리드 또는 양극/음극을 사용하지 않고 내부에서 발생하는 전류와 전위를 사용하여 이온을 가속하므로 높은 가속 전압이 없을 때 배기 속도가 낮아집니다.

이런 유형의 추진력에는 여러 가지 장점이 있습니다.양극의 고전압 그리드가 부족하면 그리드 이온 침식의 결과로 발생할 수 있는 제한 요소가 제거됩니다.플라즈마 배기가스는 '준중립'입니다. 즉, 양이온과 전자가 동일한 수만큼 존재하므로 배기가스 내의 단순한 이온-전자 재결합이 배기 플룸을 중화시킬 수 있으므로 전자총(할로우 음극)이 필요하지 않습니다.이러한 스러스터는 종종 외부 안테나를 사용하여 무선 주파수 또는 마이크로파 에너지를 사용하여 소스 플라즈마를 생성합니다.이러한 사실로 인해 중공 캐소드가 없는 것(귀한 가스를 제외한 모든 가스에 민감함)과 결합되어 아르곤, 이산화탄소 공기 혼합물, 우주인의 [2]소변 등 다양한 추진제에 이 스러스터를 사용할 수 있습니다.

플라즈마 엔진은 행성간 [3]임무에 더 적합하다[vague].

유럽우주국, 이란우주국, 호주국립대를 포함한 많은 우주 기관들이 플라즈마 추진 시스템을 개발했는데, 이들은 이중층 [4][5]추진기를 공동 개발했다.

역사

일부 플라즈마 엔진은 활성 비행 시간과 임무에 사용된다.2011년, NASA는 Tacsat-2 위성을 탑재한 최초의 홀 효과 추진기를 발사하기 위해 Busek와 제휴했다.추진기는 위성의 주요 추진 시스템이었다.그 회사는 그 [6]해에 또 다른 홀 이펙트 스러스터를 출시했다.2020년,[7] 우한 대학에서 플라즈마 제트 연구가 발표되었습니다.그러나 이 연구에서 발표된 추력 추정치는 입력 마이크로파 전력의 100%가 추력으로 변환되더라도 이론적으로 거의 9배 가능한 것으로 나타났다.[8]

Ad Astra Rocket Company는 VASIMR을 개발하고 있습니다.캐나다 회사 Nautel은 추진제를 이온화하는 데 필요한 200kW RF 발생기를 생산하고 있습니다.일부 성분 테스트와 "플라즈마 샷" 실험은 코스타리카 라이베리아 실험실에서 수행됩니다.이 프로젝트는 전 NASA 우주 비행사 프랭클린 창 디아즈 박사가 주도하고 있다.

코스타리카 항공우주동맹은 국제우주정거장 밖에 설치될 VASIMR에 대한 외부 지원 개발을 발표했다.우주에서 VASIMR을 테스트하는 계획의 이 단계는 2016년에 수행될 것으로 예상되었다.

이점

플라즈마 엔진은 대부분의 다른 로켓 기술보다 훨씬 높은 비임펄스(Isp) 값을 가지고 있습니다.VASIMR 스러스터는 12000초를 넘는 임펄스로 억제할 수 있으며 홀 스러스터는 최대 2000초에 도달했습니다.이것은 450초까지의 [9]특정 자극을 특징으로 하는 기존 화학 로켓의 2중 추진제 연료에 비해 크게 개선된 것이다.높은 임펄스를 가진 플라즈마 스러스터는 장시간 가속에 걸쳐 비교적 빠른 속도에 도달할 수 있습니다.전 우주 비행사 프랭클린 창-디아즈는 VASIMR의 추진체가 최대 초속 34마일(55km/[10]s)에 도달하는 동안 불과 39일 만에 화성에 탑재물을 보낼 수 있다고 주장한다.

미니 헬리콘과 같은 특정 플라즈마 스러스터는 단순성과 효율성으로 호평을 받고 있습니다.이들의 작동 이론은 비교적 단순하며 다양한 가스 또는 조합을 사용할 수 있습니다.

이러한 품질은 플라즈마 추진기가 많은 임무 [11]프로파일에 가치가 있음을 시사합니다.

결점

플라즈마 스러스터의 생존 가능성에 대한 가장 중요한 도전은 에너지 [5]요구 사항이다.예를 들어 VX-200 엔진은 5N의 추력을 발생시키기 위해 200kW의 전력을 필요로 합니다.즉, 40kW/N입니다.이 전력요건은 핵분열 원자로에 의해 충족될 수 있지만 원자로 질량(열제거 시스템 포함)은 [12][13]금지적일 수 있다.

또 다른 과제는 플라즈마 침식이다.작동 중에는 플라즈마가 스러스터 공동 및 지지 구조의 벽을 열적으로 수축시켜 결과적으로 시스템 [14]고장으로 이어질 수 있습니다.

플라즈마 엔진은 추진력이 매우 낮기 때문에 지구로 쏘아올리기에는 적합하지 않습니다.평균적으로, 이 로켓들은 최대 [9]약 2파운드의 추력을 제공한다.플라즈마 추진기는 탁 트인 공간에서 매우 효율적이지만 화학 로켓의 궤도 비용을 상쇄하는 데는 아무런 도움이 되지 않는다.

엔진 타입

헬리콘 플라즈마 스러스터

주요 기사:헬리콘 이중층 스러스터

헬리콘 플라즈마 스러스터는 정적 자기장에 노출되면 플라즈마 내부에 존재하는 저주파 전자파(헬리콘파)를 이용한다.가스실을 감싸고 있는 RF 안테나가 파동을 일으켜 가스를 들뜨게 하여 플라즈마를 생성한다.플라즈마는 이상적인 토폴로지의 전기장과 자기장의 다양한 조합을 필요로 하는 가속 전략을 통해 추력을 생성하기 위해 고속으로 배출됩니다.무전극 추진기의 범주에 속합니다.이러한 추진기는 여러 개의 추진제를 지지하기 때문에 더 긴 임무에 유용하게 됩니다.그것들은 유리 [11]소다병을 포함한 간단한 재료로 만들어질 수 있다.

마그네틱 플라스마나믹 스러스터

주요 기사 : 마그네틱 플라스마나믹 스러스터

MPD(Magnetoplasmadynamic Thruster)는 로렌츠 힘(자기장과 전류 사이의 상호작용에서 발생하는 힘)을 사용하여 추력을 생성합니다.자기장이 존재하는 상태에서 플라즈마를 흐르는 전하가 플라즈마를 가속시킵니다.로렌츠 힘은 또한 대부분의 펄스 플라즈마 추진기의 작동에 매우 중요합니다.

펄스 유도 스러스터

주요 기사:펄스 유도 스러스터

펄스 유도 추력(PIT)도 로렌츠 힘을 사용하여 추력을 발생시키지만 전극을 사용하지 않아 침식 문제를 해결합니다.플라즈마 내의 이온화 및 전류는 빠르게 변화하는 자기장에 의해 유도된다.

무전극 플라즈마 스러스터

주요 기사:무전극 플라즈마 스러스터

무전극 플라즈마 스러스터는 강력한 전자 에너지 밀도 구배의 영향을 받을 때 플라즈마 또는 하전 입자에 작용하는 무거운 기전력을 사용하여 플라즈마 전자와 이온을 같은 방향으로 가속시켜 중화제 없이 작동한다.

VASIMR

VASIMR

주요 기사:가변 비충격 자기 플라즈마 로켓

Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket의 줄임말인 VASIMR은 추진제를 플라즈마로 이온화하기 위해 전파를 사용합니다.그러면 자기장이 플라즈마를 엔진 밖으로 가속시켜 추력을 생성합니다.200 메가와트 VASIMR 엔진은 지구에서 목성 또는 토성으로 이동하는 시간을 6년에서 14개월로, 지구에서 화성으로 이동하는 시간을 6개월에서 39일로 [6]단축할 수 있다.

「 」를 참조해 주세요.

Wikimedia Commons에는 플라즈마 추진 엔진 관련 미디어가 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Mazouffre, Stéphane (2016-06-01). "Electric propulsion for satellites and spacecraft: established technologies and novel approaches". Plasma Sources Science and Technology. 25 (3): 033002. doi:10.1088/0963-0252/25/3/033002.
  2. ^ "Australian National University develops helicon plasma thruster". Dvice. January 2010. Retrieved 8 June 2012.
  3. ^ "N.S. company helps build plasma rocket". cbcnews. January 2010. Retrieved 24 July 2012.
  4. ^ "Plasma engine passes initial test". BBC News. 14 December 2005.
  5. ^ a b "Plasma jet engines that could take you from the ground to space". New Scientist. Retrieved 2017-07-29.
  6. ^ a b "TacSat-2". www.busek.com. Retrieved 2017-07-29.
  7. ^ "Could this Chinese plasma drive make green air travel a reality?". South China Morning Post. 8 May 2020.
  8. ^ Wright, Peter; Samples, Stephen; Uchizono, Nolan; Wirz, Richard (15 September 2020). "Comment on "Jet propulsion by microwave air plasma in the admosphere" [AIP Adv. 10, 05002 (2020)]". AIP Advances. 10. doi:10.1063/5.0013575.
  9. ^ a b "Space Travel Aided by Plasma Thrusters: Past, Present and Future DSIAC". www.dsiac.org. Archived from the original on 2017-08-08. Retrieved 2017-07-29.
  10. ^ "Antimatter to ion drives: NASA's plans for deep space propulsion". Cosmos Magazine. Retrieved 2017-07-29.
  11. ^ a b "Rocket Aims For Cheaper Nudges In Space; Plasma Thruster Is Small, Runs On Inexpensive Gases". ScienceDaily. Retrieved 2017-07-29.
  12. ^ "Technical Information Ad Astra Rocket". www.adastrarocket.com. Retrieved 2020-06-01.
  13. ^ "The 123,000 MPH Plasma Engine That Could Finally Take Astronauts To Mars". Popular Science. Retrieved 2017-07-29.
  14. ^ "Traveling to Mars with immortal plasma rockets". Retrieved 2017-07-29.

외부 링크