Исследования 50-х, 60-х годов. Проблема электрореактивных двигателей
Большое значение, а в ряде областей и определяющее в развитии плазмо- динамики, особенно средних (s^ ~ 30—1000 эВ) энергий, сыграла проблема электри- ческих реактивных (ракетных) двигателей (ЭРД), которая начала бурно развиваться в 1958-59 годах после вывода в Советском Союзе на орбиту первого спутника Земли в 1957 году, хотя на теоретическом уровне идеи ЭРД развивались и ранее. Необходимость перехода на большие скорости истечения газов достаточно оче- видна, поскольку тяга, развиваемая ракетным двигателем F = ш, 3. Об истории плазменных исследований 33 К. Э. Циолковский В. фон Браун с- п- Королёв М. В. Келдыш Основоположники классической космонавтики Г Кауфман А. М. Андрианов Г. Я. Щепкин А. И. Морозов Основоположники космических электрореактивных двигателей где т — секундный расход массы, aw — скорость истечения газов. Поэтому при малых w запасы рабочего вещества на ракете становятся очень большими (см. раздел 10.4). Скорость истечения газов из современных термических двигателей ~ C—4) км/с. В то же время для большинства полетов в ближних пределах солнечной системы (Меркурий - пояс астероидов) с учётом маневров, требуются скорости истечения ~ B0-40) км/с. Однако перекрыть этот диапазон скоростей с приемлемым кпд не позволяли имевшиеся плазмотроны и источники ионных потоков. Было естественно пытаться решить задачу с помощью плазменных ускорителей, но для этого надо было научиться создавать надтепловые электростатические поля в объёме плазмы. И в середине 60-х годов эта задача в принципе была решена в ИАЭ А. И. Моро- зовым и Г. Я. Щепкиным, создавшим стационарные плазменные двигатели (СПД), в которых реальное значение проводимости а± оказалось почти в 1000 раз меньше бомовской. Позднее были созданы и другие типы плазменных ускорителей (раздел 10.4). Итак, совместными усилиями при решении проблемы УТС, где акцент ставился на создание ловушек для удержания плазмы, (т. е. "замагниченную" диффузию) и ЭРД, где в центре внимания была генерация потоков, (т. е. создание надтепловых электростатических полей в плазме) предел Бома был полностью преодолен. 2 А. И. Морозов 34 Введение Разумеется, эти принципиальные достижения открыли совершенно новый мир плазменных систем, и о ряде конкретных из них будет сказано ниже. Но не только плазменные системы средних и высоких энергий получили развитие в эти годы. Совершенно иными стали и казавшиеся исчерпанными физика и при- ложения низкотемпературной плазмы. Важнейшим "стартовым" достижением здесь явились исследования мощных ударных волн (УВ) и потоков, образующихся при взрыве атомных бомб. В этих ударных волнах температура достигает сотен тысяч градусов, идёт интенсивное возбуждение и ионизация частиц воздуха. Этот цикл исследований был подытожен в книге Я. Б. Зельдовича и Ю. Г. Райзера "Физика ударных волн и высокотемпературных газодинамических явлений", два издания которой вышли в первой половине 60-х годов. Происходящие при высокой температуре процессы процессы сопровождаются мощным излучением, которое во многом определяет динамику плазмы. Специфические особенности динамики плот- ной плазмы при наличии интенсивного излучения впоследствии привели к появле- нию научного направления, получившего название "радиационной плазмодинамики" (Н. П. Козлов, Ю. С. Протасов и др.). Кроме этого направления, большую роль в развитии физики низкотемпературной плазмы на новом этапе сыграло изобретение газовых и плазменных лазеров A960-е годы). Другой большой — но, к сожалению, должным образом не завершенный, цикл работ в конце 50-х-начале 60-х годов был посвящен МГД-генераторам, с помощью которых пытались поднять кпд электростанций. В это же время (начало 60-х годов) резко интенсифицируются работы по созданию плазмохимических реакторов. Появ- ляется новая большая наука плазмохимия (Л. С. Полок, Б.М. Смирнов и др.). Здесь нужно упомянуть и о развитии плазменной технологии обработки поверх- ностей (В. М. Гусев и М. И. Гусева, В. Г Падалка и В. Т Толок, и многие другие) Эти направления совершенно земной "лабораторной плазмодинамики" продолжа- ют сейчас интенсивно развиваться, ветвиться и находят всё новые и новые приложе- ния. О ряде исследований по созданию инструментов плазменной технологии будет сказано в последующих главах и подытожено в главе 10. Достижения лабораторной плазмодинамики находят все более широкие приложе- ния и в практике современной космонавтики (в том числе плазменные двигатели) и при анализе плазмодинамических процессов в магнитосфере Земли и планет, а также динамики звездных и галактических масс (гл. 9).
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Исследования 50-х, 60-х годов. Проблема электрореактивных двигателей» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
