Silnik plazmowy VASIMR
Silnik plazmowy o zmiennym impulsie właściwym, znany jako VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket), to zaawansowany napęd jonowy dla statków kosmicznych. Działa na zasadzie wykorzystania energii mikrofal oraz pola magnetycznego do podgrzewania i przyspieszania czynnika roboczego, co pozwala na generowanie siły ciągu. W porównaniu do tradycyjnych silników jonowych, VASIMR oferuje możliwość regulacji siły ciągu oraz znacznie wyższe impulsy właściwe. Obecnie trwają prace nad wdrożeniem tego systemu w praktyce.
Historia i rozwój
Prace nad VASIMR rozpoczęły się w 1979 roku w Charles Stark Draper Laboratory pod kierownictwem dr. Franklina Chang-Díaza i były kontynuowane w Plasma Fusion Center MIT. W 1993 roku powstało Advanced Space Propulsion Laboratory, gdzie kontynuowane są badania nad tym napędem.
Wydajność i zastosowanie
VASIMR ma potencjał do wytwarzania impulsów właściwych w zakresie 10,000-300,000 m/s (1,000-30,000 sekund). Choć nie nadaje się do startów z powierzchni planet, może być użyty w długotrwałych misjach kosmicznych. Kluczowe jest, aby napęd generował większy impuls właściwy w odniesieniu do masy całego systemu niż tradycyjne silniki chemiczne, co wymaga zastosowania efektywnych źródeł energii, jak reakcje jądrowe.
Budowa silnika VASIMR
Główne elementy konstrukcyjne silnika VASIMR obejmują:
- wtryskiwacz paliwa i antenę mikrofalową
- komorę grzewczą z drugą anteną mikrofalową
- magnetyczną dyszę
W silniku zastosowane są nadprzewodzące elektromagnesy, które generują silne pole magnetyczne. Dodatkowe komponenty to:
- zbiornik z paliwem (ciekły wodór)
- system zasilania (reaktor jądrowy, ogniwa słoneczne)
- układ chłodzenia, w tym radiatory i izolacja termiczna
Działanie silnika VASIMR
Wodór z zbiornika jest przetwarzany w układzie doprowadzania paliwa, gdzie przejmuje ciepło i staje się gazem. Następnie jest podgrzewany do stanu plazmy niskotemperaturowej, a potem do wysokotemperaturowej w komorze grzewczej. Jony wodoru poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego, co zapobiega ich rozprzestrzenianiu. Po opuszczeniu dyszy magnetycznej, jony generują siłę ciągu. Silnik może pracować w dwóch trybach:
- niska sprawność (mały impuls właściwy) z dużym ciągiem
- wysoka sprawność (duży impuls właściwy) z małym ciągiem
