Кіріспе

Импульстік индукциялық қозғалтқыш (PIT) – ғарыш кемелерін жылға жылдыруға қолданылатын иондық қозғалтқыштың бір түрі. Ол электродтарсыз жанар майды үдету үшін перпендикуляр электр және магниттік өрістерді пайдаланатын плазмалық жылға жылдыру қозғалтқышы болып табылады.

Операция

Сопло газдың бір шарпысын шығарады, ол шамамен 1 метр диаметрлі жазық спиральді индукциялық орам арқылы таралады. Конденсаторлар жиынтығы 10 микросекундқа созылатын ондаған киловольттық жоғары кернеулі электр тогының импульсын орамға жібереді, бұл радиалды магнит өрісін жасайды. Бұл газдың айналмалы электр өрісін тудырады, оны иондайды және зарядталған бөлшектерді (бос электрондар мен иондарды) бастапқы ток импульсінің бағытына қарама-қарсы айналуға мәжбүрлейді. Осы индуцирленген ток ағынының қозғалысы магнит өрісіне перпендикуляр болғандықтан, плазма Лоренц күші арқылы жоғары жылдамдықпен (10-100 км/с) кеңістікке таратылады.

Артықшылықтар

Электростаттық иондық қозғалтқыштан өзгеше, ол электр өрісін тек бір типтегі (оң иондар) бөлшектерді үдету үшін қолданады, PIT квази-бейтарап плазмадағы барлық зарядталған бөлшектерге әсер ететін Лоренц дене күшін пайдаланады. Көптеген басқа иондық және плазмалық қозғалтқыштардан айырмашылығы, оған электродтар да қажет емес (олар тозуға бейім) және оның қуатын секунд сайын берілетін импульстар санын арттыру арқылы ғана ұлғайтуға болады. 1 мегаватттық жүйе секундта 200 рет импульс береді. Импульстік индукциялық қозғалтқыштар кіріс қуатының кең диапазонында тұрақты специфификалық импульс пен итерме тиімділігін сақтай алады, импульс жылдамдығын реттеу арқылы әр импульсқа берілетін разряд энергиясын тұрақты ұстап. Оның тиімділігі 50%-дан асып кеткені көрсетілді. Импульстік индукциялық қозғалтқыштарда су, гидразин, аммиак, аргон немесе ксенон сияқты көптеген газдар отын ретінде қолданылуы мүмкін. Осы мүмкіндігіне байланысты, Марс миссиялары үшін PIT-терді пайдалану ұсынылған: орбиталық аппарат Марстың атмосферасынан CO2-ны жинап, газды қысып, планета айналысында жүріп, кері сапарға немесе басқа планетаралық миссияға арналған сақтау ыдыстарына сұйыту арқылы отынмен толықтыруы мүмкін.

Даму

Алғашқы әзірлеме 1960 жылдардың ортасында жүргізілген негізгі концепциялық зерттеулермен басталды. NASA осы құрылғы бойынша тәжірибелерді 1980 жылдардың басынан бері жүргізіп келеді.

PIT Mk V, VI және VII

NGST (Northrop Grumman Space Technology) NASA-ның мердігері ретінде бірнеше эксперименталды PIT-терді (плазматикалық индукциялық қозғалтқыштарды) құрды. Бірінші кезеңдегі (1965–1973) зерттеу жұмыстары индуктивті ток табағының құрылымын түсінуге және жанар майды инъекциялау және преионизациялау үшін әртүрлі тұжырымдамаларды бағалауға бағытталған. Екінші кезеңде (1979–1988) назар нақты қозғалтқыш жүйесін әзірлеуге және Mk I және Mk IV прототиптерін жасау арқылы базалық дизайнның өнімділігін арттыруға ауысты. Үшінші кезең (1991 жылдан бүгінге дейін) Mk V деп аталатын жаңа PIT қозғалтқышының дизайнынан басталды. Ол Mk V-тің жеке импульстік сынақтарын қайта жасауға арналған Mk VI-ға эволюциялады, бұл қозғалтқыштың өнімділігін толық сипаттайды. Ол қуыс мыс түтікше конструкциясынан жасалған жетілдірілген катушканы және жетілдірілген жанар май клапанын қолданады, бірақ Mk V-ке ұқсас, сол конденсаторлар мен коммутаторларды пайдаланады. Mk VII (2000 жылдардың басында) Mk VI сияқты геометрияға ие, бірақ жоғары импульстік жиілікпен және ұзақ уақыт бойы ату үшін, сұйық салқындатылған катушкамен, ұзақ қызмет ететін конденсаторлармен және жылдам, жоғары қуатты қатты күйдегі коммутаторлармен жабдықталған. Mk VII-нің мақсаты – бір қозғалтқышта 200 кВт кіріс қуатында секундына 50 импульске дейін тиімділік пен импульстік сипаттаманы көрсету. Mk VII дизайны ең соңғы NuPIT (ядролық электр PIT) үшін негіз болып табылады. PIT-те жанар майдың иондануы мен үдеуі индукциялық катушкадағы жоғары кернеулі ток импульсімен бірге жүзеге асырылады, ал FARAD жанар майды ток импульсімен үдеткенге дейін жеке индукциялық радиожиілікті разрядты пайдаланып алдын ала иондайды. Бұл алдын ала иондау FARAD-қа PIT-ке қарағанда әлдеқайда төменгі разряд энергиясымен жұмыс істеуге мүмкіндік береді (бір импульске 100 джоуль, PIT үшін – 4 килоджоуль) және қозғалтқыштың өлшемдерін кішірейтуге мүмкіндік береді.