Однією з основних проблем, які обмежують використання іонних двигунів межами ближнього космічного простору і Сонячної системи, є ерозія матеріалу стінок робочої камери і вихідного каналу цих двигунів. Але команда вчених із Каліфорнійського технологічного інституту знайшла спосіб захистити матеріал стінок двигуна від бомбардування розігнаними іонами за допомогою спеціально сформованого захисного магнітного поля.

Іони в електричних ракетних двигунах утворюються у результаті зіткнень атомів газу з електронами. У результаті таких зіткнень у робочій камері двигуна утворюється потік плазми, що створює магнітне поле певної конфігурації, напрямок якого перпендикулярний напрямку вихідного каналу іонного двигуна. Розгінне електричне поле, за рахунок якого іони розганяються до швидкості близько 70 тисяч кілометрів за годину, орієнтоване у напрямку вздовж каналу до вихідного отвору.

Однак, присутність електрично зарядженої плазми у робочій камері і розгінному каналі двигуна зумовлює взаємодію плазми з магнітним полем, що у свою чергу породжує появу відхилень частини електричного поля від нормального напряму. У деяких локальних областях напрямок електричного поля навіть стає паралельним напряму магнітного поля і окремі іони, замість того, щоб летіти назовні з сопла двигуна, вдаряються об стінки розгінного каналу і робочої камери, вибиваючи звідти атоми матеріалу, що призводить до появи ерозії, яка руйнує матеріал.

Однак команда вчених придумала нову конструкцію іонного двигуна, у якій ефекти взаємодії плазми і магнітного поля мінімізовані, тому електричне поле залишається завжди паралельним до стінок розгінного каналу двигуна і всі іони успішно покидають межі двигуна, не завдаючи йому фізичної шкоди. Вченим вдалося домогтися такого ефекту, провівши складне математичне моделювання, яке описує взаємодію магнітних, електричних полів та плазми всередині іонного двигуна. Це дозволило вченим визначити оптимальну топологію магнітного поля, за допомогою якої основна маса іонів розганяється до високих швидкостей на значній відстані від стінок двигуна, а з наближенням до стінок енергія іонів значно зменшується. Іони, що володіють низькою енергією, навіть зіткнувшись з матеріалом стінки, не можуть вибити атоми матеріалу, що дозволило звести практично нанівець ерозію матеріалу конструкції іонного двигуна.

Використовуючи свої розрахунки, дослідники створили метод, який отримав назву додаткового магнітного захисту, і який був втілений у вигляді експериментального зразка двигуна нової конструкції. Математичні розрахунки і проведені у вакуумній камері випробування цього двигуна показали, що ефект ерозії матеріалу знизився у 100-1000 разів. Таке зниження ерозії матеріалу елементів конструкції двигуна означає, що двигун зможе пропрацювати набагато довше, а космічний корабель, обладнаний таким двигуном, зможе розігнатися до великої швидкості і полетіти на більшу відстань.

Джерело: InfoNova.org.ua

За матеріалами: dailytechinfo.org