מנוע פלזמה

מנוע הנעת פלזמה הוא סוג של מנוע חשמלי רקטי היוצר דחף מפלזמה כמעט־נייטרלית. זאת בניגוד למנועי יונים, אשר מייצרים דחף על ידי חילוץ יון ממקור פלזמה והאצתו למהירויות גבוהות באמצעות רשתות של אנודות. לרוב, מנועי פלזמה לא משתמשים ברשתות מתח גבוה או אנודות וקתודות כדי להאיץ את החלקיקים הטעונים בפלזמה, אלא משתמשים בזרמים ומתחים אשר נוצרים באופן פנימי בפלזמה. היונים אמנם יוצאים במהירויות נמוכות בגלל חוסר במאיץ בעל מתח גבוה, אך לסוג זה של מנועים יש מספר יתרונות. ראשית חוסר רשתות המתח הגבוה של האנודות מסיר אלמנט מגביל אפשרי כתוצאה משחיקת רשתות היון. שנית, פליטת הפלזמה היא "מעין נייטרלית", מה שאומר שיונים ואלקטרונים קיימים במספר שווה, דבר המאפשר רקומבינציה (שחלוף) של אלקטרון ביון בפליטה הגורמת לנטרול פלזמת הפליטה, המבטלת את הצורך בתותח אלקטרונים (קתודה חלולה). סוג זה של מדחף יוצר לעיתים קרובות פלזמה באמצעות תדרי רדיו של אנרגיית מיקרוגל, הנוצרים באמצעות אנטנה חיצונית. עובדה זו, בשילוב עם היעדר קתודה חלולה (הרגישה לכל מלבד לכמה גזים אצילים) מאפשרת את האפשרות המסקרנת של שימוש בסוג זה של מדחף במגוון עצום של חומרים יוצרי הנעה, מארגון, פחמן דו־חמצני, תערובות אוויר ועד שתן אסטרונאוטים. מנועי פלזמה מתאימים למשימות מסע בחלל למרחקים ארוכים. בשנים האחרונות, סוכנויות רבות פיתחו כמה צורות של מנועים המונעים בדלק פלזמה, וביניהן סוכנות החלל האירופית, סוכנות החלל האיראנית והאוניברסיטה הלאומית של אוסטרליה, שפיתחו במשותף סוג מתקדם יותר של מנוע שתואר כמדחף שכבה כפול. עם זאת, סוג זה של מנוע פלזמה הוא רק אחד מני רבים. ערך מורחב – מנוע הליקון דו-שכבתי מנוע הליקון דו-שכבתי משתמש בגלי רדיו כדי ליצור פלזמה ובזרבובית מגנטית כדי למקד ולהאיץ את הפלזמה. מיני־מנוע הליקון מתאים במיוחד לתמרונים בחלל. הוא פועל על חנקן והמתקף הסגולי שלו גדול פי 10 בערך ממתקף סגולי של מנועים רקטיים. מדחפים מגנטו־פלזמיים דינמיים (MPD) משתמשים בכוח לורנץ (כוח הנוצר כתוצאה מפעולת גומלין בין שדה מגנטי וזרם חשמלי) כדי ליצור דחף. המטען החשמלי זורם דרך הפלזמה בנוכחות שדה מגנטי גורם פלזמה להאיץ עקב הכוח המגנטי שנוצר. ערך מורחב – מדחף אפקט הול מדחפי אפקט הול משלבים שדה מגנטי סטטי מקומי חזק הניצב לשדה החשמלי שנוצר בין האנודה במעלה הזרם וקתודה במורד הזרם הנקראת מנטרל, כדי ליצור "קתודה וירטואלית" (שטח של צפיפות אלקטרונים גבוהה) ביציאה של המכשיר. קתודה וירטואלית זו מושכת את היונים שנוצרו בתוך התמרון הקרוב יותר להאנודה. לבסוף אלומת היונים המואצת מנוטרלת על ידי חלק מהאלקטרונים הנפלטים על ידי מנטרל. מדחפי הפלזמה השראותיים משתמשים בכוח ponderomotive הפועל על כל פלזמה או חלקיק טעון הנימצא תחת השפעת אנרגיה אלקטרומגנטית חזקה כדי להאיץ את הפלזמה. ייצור סדרתי התחיל בברית המועצות בשנות ה־70. אחת הגרסאות המוקדמות, SPT-100 מיוצרת עכשיו ברישיון על ידי European Snecma Moteurs בשם PPS-1350. למנוע SPT-290 יש דחף של 1.5N, כוח של 5–30 קילוואט חשמל מתקף סגולי של 30 קילומטר לשנייה יעילות של 65% ומשקלו 23 קילוגרם. VASIMR, או רקטת מגנטו-פלזמה בעלת מתקף סגולי משתנה (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket), פועל באמצעות גלי רדיו המייננים דלק לפלזמה ושדה מגנטי המאיץ את הפלזמה מהחלק האחורי של מנוע הרקטה ליצרת דחף. חברת אסטרה רוקט, שבסיסה ביוסטון, טקסס בעזרת חברה מבוססת NS קנדה Nautel, מייצרת מדחפים בעלי כוח של 200 קילוואט המייננים דלק על ידי גלי רדיו. חלק מהרכיבים והניסויים של "יורה פלזמה" נבדקים במעבדה הממוקמת בליבריה, קוסטה ריקה. פרויקט זה הוא בראשות אסטרונאוט נאס"א לשעבר, ד"ר פרנקלין צ'אנג־דיאז. לאחרונה הברית האווירית קוסטה ריקה הודיעה על שיתוף הפעולה שלה עם פרויקט זה על ידי פיתוח מכשיר תמיכה חיצוני ל־VASIMR המותאם לצד החיצוני של תחנת החלל הבינלאומית, וזאת כחלק מהתוכנית לבדיקת VASIMR בחלל, מבחן זה צפוי להתנהל בשנת 2016. מנוע 200 מגוואט אמור להפחית את משך הטיסה מכדור הארץ לצדק ושבתאי משש שנים לארבע עשרה חודשים, ואת משך הטיסה למאדים מ-6 חודשים ל־39 ימים. מנוע יונים שיגור לחלל שיטות הנעה של חללית מדיה וקבצים בנושא מנוע פלזמה בוויקישיתוף מיני־מנוע הליקון (באנגלית) "מנוע פלזמה עובר בדיקה ראשונית". חדשות BBC. (באנגלית) 14 דצמבר 2005. "פיתוח מנוע הליקון דו־שכבתי" (באנגלית) אליזבת א. תומסון (2009). "רקטות MIT שואפת לדחיפות זולות יותר בחלל". MIT. (באנגלית) 24 יולי 2012. MIT (2009) "מדענים מפתחים תמרון פלזמה חדש".. UPI. (באנגלית) 24 יולי 2012.(הקישור אינו פעיל, 19.10.2019) Zyga, ליסה (2009)., "רקטת פלזמה יכול לנסוע למאדים ב־39 ימים" PhysOrg