Плазменный реактивный двигатель для движения в атмосфере

Китайские исследователи продемонстрировали прототип устройства, использующего микроволновую воздушную плазму для создания реактивной тяги

Описание двигателя появилось в журнале AIP Advances.

Подобно твердым телам, жидкостям и газам, плазма является обычным состоянием веществ. Она естественным образом возникает вследствие ионизации молекул при высоких температурах (например, на солнце) или в присутствии сильного электрического поля (например, при вспышке молнии).

В лаборатории плазма может быть сгенерирована с использованием электрической дуги, микроволнового резонатора, лазера, горящего факела или высоковольтного разряда.

Плазма имеет широкое применение во многих областях, включая обработку металлов, выращивание кристаллов, медицину, пищевую промышленность, энергетику и природоохранные отрасли.

Плазменные реактивные двигатели используются в аэрокосмической промышленности в течение уже многих лет. Однако, например, существующий реактивный двигатель NASA может использоваться только в космическом пространстве, где нет атмосферного воздушного трения. Несмотря на это, такой плазменный двигатель, имеющий очень малое значение движущей силы, после нескольких месяцев и лет постоянного воздействия на космический корабль может в конечном итоге разогнать его до высокой скорости.

Рис. Принципиальная схема прототипа микроволнового воздушного плазменного двигателя и изображение яркой плазменной струи при различных мощностях СВЧ. Это устройство состоит из магнетрона, воздушного компрессора, микроволнового волновода, воспламенителя и кварцевой трубы. Предоставлено: Jau Tang и Jun Li

В отличие от предшествующих разработок исследователи продемонстрировали микроволновое воздушно-плазменное реактивное устройство, использующее высокотемпературную плазму высокого давления, генерируемую микроволновой ионизационной камерой с частотой 2,45 ГГц, куда впрыскивается сжатый воздух.

Этот простой прототип плазменного реактивного двигателя может генерировать приблизительно 10 Н тяги при мощности 400 Вт, со скоростью воздушного потока 0,5 л/с, что соответствует подъемной силе 28 Н/кВт и давлению струи 2,4 × 10⁴ Н/м².

При более высокой микроволновой мощности или большем потоке воздуха могут быть достигнуты движительные силы и реактивные давления, сравнимые с реактивными двигателями коммерческих самолетов.

«Результаты показали, что такой реактивный двигатель на основе микроволновой воздушной плазмы может стать жизнеспособной альтернативой традиционному реактивному двигателю на ископаемом топливе».