Παλμικός προωθητήρας πλάσματος

Ο παλμικός προωθητήρας πλάσματος (παριστάνεται με τη συντομογραφία PPT: Pulsed Plasma Thruster) είναι μια μέθοδος ηλεκτρικής προώθησης διαστημοπλοίων, που είναι επίσης γνωστή γενικότερα ως «κινητήρας πίδακα πλάσματος». Οι παλμικοί προωθητήρες πλάσματος θεωρούνται ως η απλούστερη μορφή ηλεκτρικής προώθησης διαστημοπλοίων και ήταν η πρώτη μορφή ηλεκτρικής προώθησης που χρησιμοποιήθηκε στο διάστημα. Πιο συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκε σε δύο σοβιετικά μη επανδρωμένα διαστημόπλοια (βολιστήρες), τα Ζοντ 2 και Ζοντ 3, αρχίζοντας από το 1964.

Λειτουργία

Οι περισσότεροι παλμικοί προωθητήρες πλάσματος χρησιμοποιούν ένα στερεό υλικό (συνήθως πολυτετραφθοροαιθυλένιο - PTFE) ως προωθητικό, αν και μια μειονότητά τους χρησιμοποιεί υγρά ή ακόμη και αέρια προωθητικά. 
Το πρώτο στάδιο της λειτουργίας ενός παλμικού προωθητήρα πλάσματος περιλαμβάνει ένα βολταϊκό τόξο διαμέσου ποσότητας του καυσίμου, προκαλώντας αποσάθρωση και εξάχνωση του καυσίμου Η θερμότητα που παράγεται από το βολταϊκό τόξο μετατρέπει στη συνέχεια το παραγόμενο αέριο σε πλάσμα, δηλαδή δημιουργεί ένα φορτισμένο αεριώδες νέφος. Το βολταϊκό τόξο δημιουργείται από ένα ζεύγος αντίθετα φορτισμένων πλακών (μιας ανόδου και μιας καθόδου). Εφόσον το πλάσμα είναι ηλεκτρικά φορτισμένο, το καύσιμο σε κατάσταση πλάσματος ολοκληρώνει το ηλεκτρικό κύκλωμα, επιτρέποντας έτσι τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος (πρακτικά ροή ηλεκτρονίων) μεταξύ των δυο πλακών. Αυτή η ροή των ηλεκτρονίων δημιουργεί ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, που εφαρμόζει μια δύναμη Λόρεντζ (Lorentz force) πάνω στο πλάσμα, επιταχύνοντάς το έξω από τον παλμικό προωθητήρα πλάσματος με υψηλή ταχύτητα. Αυτή η παλμική εκτόνωση διαρκεί μέχρι να ξαναφορτιστούν οι πλάκες, για ένα νέο βολταϊκό τόξο και ακολούθως νέα παραγωγή και εκτόνωση πλάσματος. Η συχνότητα του παλμού (δηλαδή του κύκλου βολταϊκού τόξου, δημιουργίας πλάσματος, εκτόνωσης και επαναφόρτισης των πλακών) είναι κανονικά πολύ υψηλή και γι΄ αυτό δημιουργείται μια σχεδόν συνεχής και ομαλή ώθηση. Παρόλο που η συνολική ώθηση είναι σχετικά χαμηλή, ένας παλμικός προωθητήρας πλάσματος μπορεί να λειτουργεί συνεχόμενα για παρατεταμένες χρονικές περιόδους, αποδίδοντας μια μεγάλη τελική επιτάχυνση.
Η ενέργεια που χρησιμοποιείται για κάθε παλμό αποθηκεύεται προσωρινά σε έναν πυκνωτή. Μεταβάλλοντας το χρόνο μεταξύ δύο εκφορτίσεων του πυκνωτή, μεταβάλλεται (και έτσι ελέγχεται) η ισχύς και η ώθηση που εξασφαλίζει ο παλμικός προωθητήρας πλάσματος, γεγονός που επιτρέπει την ευέλικτη χρήση του συστήματος.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Οι παλμικοί προωθητήρες πλάσματος είναι πολύ ανθεκτικοί, χάρη στην εγγενώς απλή σχεδίασή τους (σε σύγκριση με τις άλλες τεχνικές ηλεκτρικής προώθησης διαστημικών οχημάτων). Επιπλέον απορροφούν σχετικά μικρή ηλεκτρική ισχύ σε σύγκριση με άλλους συγκρίσιμους προωθητήρες. Ως ένα ηλεκτρικό σύστημα προώθησης οι παλμικοί προωθητήρες πλάσματος πλεονεκτούν στη μικρή κατανάλωση καυσίμων, σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς χημικούς πυραύλους, μειώνοντας έτσι την μάζα εκτόξευσης και γι' αυτό και το κόστος εκτόξευσης, αλλά επίσης εξασφαλίζουν υψηλές επιδόσεις στη βελτίωση της ειδικής ώθησης.
Ωστόσο, εξαιτίας της απώλειας ενέργειας που προκαλείται από τον αργό χρόνο αποσάθρωσης και τον υψηλό ρυθμό μεταφοράς θερμότητας από το προωθητικό στο υπόλοιπο διαστημικό όχημα, η αποδοτικότητα του προωθητικού είναι πολύ χαμηλή σε σύγκριση με άλλες μορφές ηλεκτρικής προώθησης, υπολογιζόμενη σε μόλις περίπου 10%.