DE1539264A1 - Plasma-Impulsbeschleuniger - Google Patents

Description

• Plasma-Impulebeschleuniger Die Erfindung betrifft eine lieaktions-Antriebemaschine und Verfahrenemasonahment um diese zu betreiben. Insbesondere betrifft die Erfindung sogenannte Flaama--ImpU-lebeaohleuniger mit eingeschlossenen Elektroden oder Schienenp die besonders für die Steuerung der Stellung und für den Primärantrieb von Rapmeonden und-interplanetaren Haumfahrzeugen beispielsweise zu verwenden sind.
• -21aama#-Igpulabeschleuniger dieser Art weisen im Abstand «geordnete elektroleitfähtge Schienen in -.einem

  inoiterM6M athalt« autt eß« *1.»n I>lat3mak,,aml oder eine

  b. ibee Mm i»u etw, m Inde ige»#b tssen -,und an

  anderen Ende offen ist, -Diene Kammer ist beträchtlich, breiter als dickg so daes die Seiten des Behältern im wäsentliehen eben undt verglichen mit dem Abstand der Schienenv in-einem kleinen Abstand voneinander angeordnet sind. Solehe Beschleuniger weisen weiter einen Energiespeicherkon--# densator zum Laden und Wie'derladen einer dieser Schienen auf eine hohe Spannung relativ zu der-andereng sowie Einrichtungen auf, um ein verdampfbares und ionisierbaren Treibmittel an seinem geschlossenen Ende in den Behälter zu injizieren. Die bevorzugte Betriebsweise solcher Maschinen kann als autogen oder sich mit kontinuierlich wiederholenden Eigen-Impulsen fortbewegend bezeichnet werden, dasheiast en handelt sich um eine Betriebeweiaei bei der kontinuierlich ein Kondensator an-den Schienen liegt und eine Potentialdifferenz zwischen diesen Schienen von hinreichender Grässe erzeugt, so dase ein Treibmittel zwischen diesen-Schienen ionisiert wirdr das kontinuierlich Zu dem geschlossenen Ende clei# Kammer eingeleitet wird. Z.B.. können in erfindungegemgesen 1,1sohinen ionisierbare Gaseg wie Ammoniak und Wasserdampf verwendetverden. Die BetrAebeweise unter Verwendung solcher Ganekann entweder bet.9,tosoweiser Injektim des Treibmittele,auf Kommando oder bei kontinuierlicher Binspeiaung, diesen Treibmitteln erfolgen" was zu eizLer sich kontinuierlich wiederholenden Selbetabstoaaung führt. Alternativ kann eine Injektion des Treibmitteln bei zyk- liech moduliertem Treibmittelfluge erf(eLgent wodurch eine zYkli*sche 2uleierung des Treibmitteln erhalt'en wird. Eine solche Betriebeweise kann mit einer dem Treibmitteletrom eine Schwingung aufzwingenden Einrichtung oder dergleichen bewirkt werden. Gemäaa dieser Erfindung sind Maschinen dieser Art'mit einer ferromagnetiochen Hülle ausgerüstet, die die Seiten des isolierenden Behälter-ag in dem sich die Schienen befinden, umgeben. Die ferromagnetische Hüll0 hat eine solche Form, daso sie magnetische Polsohuhe bildetu die im wenentliehen an.den Seiten den Behältern-anlieigeng so dann eine groese Flunadichte in den.Behälter durch Bigeninduktign erhalten wird. Die magnetischen Kraftlinion den aelbatinduzierten Felden verlaufen parallel zu. der Dickenab# meaeung den Behältern und sind deshalb so orleutiertg dann sie das Plasma beschleuni.gen. Plaamabeschleuniger der beschriebenen Art sind ideal ge- eignet, um in Gruppen oder "Haufen" angeordnet zu worden ,und um die Stellung eines haumfahrzeujen zu steuern, wobei eirte Vielzahl von plaamabeschleunigenden Kanälen relativ zueinander längs unterschiedlichen Schubachnen angeordnet sind, um eine wahlweine Steuerung der Stellung eines Raumfahrzeugeo zu bewirken. Ein solches System mit mehreren Beschleunigern kann vbrteilhafterweize mit einer einzigen Energiequelle gespeist worden> die m#t mehreren oder allen Schienenpaaren gekoppelt ist. Ein einziger Kondeneator ist mit mehreren oder- mit allen:Schienenpaaren verbunden. Anderebekannte Typen von Planma-Impulebeaohleunigern od.er -sogenannten ffplasmoid &=oft (Beschleuniger unter &uanutzung von Plaamaschwingungen) haben einen niederen Betriebewirkungegrad, da sie das Treibmittel ungenügend ausnützen und/oder ungenügende Magnettelder erzeugen. En werden hauptsächlich zwei Typen von Plasmabeachleunigern verwendet, der sogenannte "rail"-Besehleuniger und der sogenannte "concontrio-olyinder"-Beschl.euniger. Bekannte Plasma-Beachleuniger worden insbesondere von Corlies in "2ropuleion Systeme for Space Flightwp 1960 MoGraw-Bill,Book Co.@ gew Yorkg N4w York, Seiten 219 und 220 beschrieben. PUr Ainen bestimmten Strom und einen bestimmten Elektrodenabstand wurde eine parallele Sohieheakonfiguration angegeben, mit der eine maximale magnetische Feldwirkung auf das Plaima-erhalten wird,. Jedoch ermöglicht eiÜe einfache - parallele Schienenkonfig'uration ohne eine ferromagnetische Hülle nach dieser Erfindung in-einem isolierenden Behälters der die Elektroden umgibt, dann große Mengen an Treibmittel vor und während der Planmabeaohleuni gun g ungenutzt entweichen. Andere Plaa'ma-Beschleuniger, die als sogenannte Koazialbeschleuniger oder Beschleuniger mit zentriecher zylindrischer Konfiguration bezeichnet werden und ebenfalls alo Patrick-Beschleuniger bekannt eind, schlionnen das Treibmittel ein, jedoch wird in diesen Beschleunigern-ein beträchtlicher Teil den magnetischen Feldes nicht genützt"* wodurch der Impuls, der bei-einer bestimmten Entladung erhalteii wird# verringert und deshalb der Reaktionawirkungegrad reduziert wird. Weiter-führen die relativ grossen Querschnittsflächen von Koaxialbeschleunigern zu relativ grossen und schweren Maschinen. Der Koaxialbeaohleuniger unterscheidet sich theoretisch und praktisch von einen Beachleuniger mit eingeschlossenen Schienen nach dieser Erfindung beträchtlich. In einem - toazialbeschleuniger wandert dao ionisierbäre-Plaana, wenn es einmal gebildet inty zwisehen Zylindern aus nicht leitfähigem Material und nicht zwischen Blektroden. Dien bedingt einen grundsätzlichen Unterschied hinsichtlich den Mechanismus der Plasma-Beachleunigung und der Betriebeweine der enterpechenden Beschleuniger, da in dem schienentärmige Elektroden verwendenden Beschleuniger ein Stromkreis während der gesamten Beschleunigung den Plasmas erhalten bleibt. Ein-kanalbildehder isolierender Behälter mit kleiner Dickenabmengungg der sich-im wesentlichen Uber die gesamte* Länge der schienenförmigen Elektroden eretrecktt ändert die Arbeitseigenechaften eines BeiChleunigers mit Blek- trodenschienen merklieb und macht diesen wirksamer al a jeden Beschleuniger mit konzentrischen Zylindern oder nicht eingeschlossenen Blektrodenechienen. Der Beschleuniger mit den eingeschlossenen Blektrodenschienen ist seit etwa 1956 bekannt und galt in der Fachwelt Infolge verschiedener mechanischer Einachränkungen als nicht sehr wirkungsvoll. Ein Hauptnachteil war, das Entweichen von Treibmittel nach Einspeisen den Treibmittels in den Blektrodenbereich. Die Abdeckung oder Einschliessung der schienenförmigen Elek- troden löste das Problem den Planmaverlunten und führte zu einer Vergröenerung des Wirkungegraden. Beispielsweise be- trägt der Wirkungegrad einen Beschleunigern mit nicht eingeschlonnenen'oder nicht umgebenen Blektrodenachienen etwa 3 bis 10 % den Theoretischeng wähAnd der Wirkungsgrad eines Beschleunigers mit eingeaohlolnenen oder umgebenen Elektronenachienen, wie er in den Piguren 2 bis 4 dargestellt iatt etwa 50 bis 60 % den Theoretischen betragen. kann und noch wesentlich höher in Masobinen ist# die eine ferromagnetische Hülle nach dieser Erfindung aufweisen, die ein magnetisches Eigeninduktionafeld erzeugt und dadurch eine vergrönnerte Plasmabeschleunigung bewirkt wie anhand der Figur-en 7, 7A und 7B erläutert werden wird.
• Mit den erfindungBgemässen Mananahmen wird folgenden erreicht: (1) Eine praktische Ausnutzung der im.Abetand voneinander angeordneten parallelen Elektrodenschienen für maximale magnetische Felderzeugung. (2) Die Benutzung»von eingeschlosetnan oder umgebenen parallelen'Elektrodenschlenen unter Vermeidung von Nassenverlusten an Treibmittel vor und während der Beaohleunigung den Planmang ohne dann die hohe magnetische Pelderzeugung geopfert werden zueng wodurch die Impuleabgabe und der.Wirkungegrad maximal werden.
• (3) Schaffung von Planmaimpulebeaohleunigern mit kleinem Querschnitt und relativ kleiner Grönne und deshalb ge- ringem Gewielit, ohne durch,d»' kleine Gewicht bedingten Wirkungsgradverlust. (14) Schaffung eines Planmaimpulebeschleunigern mit einem kleinen, einen Planmakanal bildenden Behälter# der no ausgebildet Ist, daso der Plasmabogen den ganzen Kanalquerechnitt füllt und im wesentlichen das gesamte Treibmittel in die elektrische Entladung einbezogen wird.
• (5) Schaffen eines Planmaimpulebeaohleunigern mit eingeengt#.-ter kleiner Querschnittaflgehe» der eine schnelle pulsierende und kontinuierliche Betriebeweise ermöglichtg wobei das Treibmittel kontinuierlich in.den Beschl4unigungskanal eingespeiet und der die elektrische Ener-Sie speichernde Kondensator'kontinuierli'ch nach'jeder Entladung wieder geladen wirdv wobei dieser Betrieb eine Reihe von selbsttätigen sich wiederholendeng'das heiast selbstpuleierenden Entladungen erzeugt. (6) Schaffung einer weiteren Verstärkung der etonsweisen Entladungen durch eine den'Treibmitteletrom modulierende Einrichtungg um die Gleichförmigkeit der Impulage" schwindigkeit und den gesamten Reaktionawirkungpgrad zu verbessern. (7) Schaffung eines Bes'Ohleunigers mit parallelen eingeschlossenen-Elektrodehechienen und kleiner Querschnittefläche, sowie mit einer ferromagnetischen Hülle um den isolierenden Behältere der die Blektrodenschienen einschlieset, wbbei der maignetieche Fluse quer zu dem Plasma weg durch Selbstinduktiori erzeugt und die Pluasdichte durch die fetromagnetische Hülle oder den fürromagnetischen Mantel stark vergrössert und gleichmäaeiger Semacht wird und.daher die Wirkung der Impulse und der Reaktionawirkungegrad weiter verbessert werden.
• W Schaffung eines leichtenp schmalen Beaohleunigungskanalag': der leicht an einem Raumfahrzeua angebracht werden kanng -um in mehrfacher Ausfertigung die Stellung von Raumfahrzeugen zu steuerng indem einfach derenteprechende Beechleunigungskanal wahlweiae in Betrieb genommen wird:._ Verwendung einer einzigen Energiequelle eines einzigen Energiespeicherkondensators und einer einzigen Treibmittelversorgungequelle für mehrere eingeschlossene Blektrodenschienenpaare, um den'notwendigen Hochspannungeimpule und das Treibmittel zu irgendeinem gewählten Beschleunigungskanal zu leiten.
• (10) Schaffung von Plaamaimpulebeschleunigerng'die konstruktiv sehr einfach und sehr leicht herzustellen sind. (11) Schaffung von Plasma-Impulebeschleunigern von minimaler Grösse und Gewicht und maximaler 3 infachheit, die*nichtedestotrotz betriebemässig sehr zuverlässig sind.
• (12) Schaffung von Plasmaimpulebeschleunigern, die eine gronse Anzahl von Treibmittelmaterialien verwenden können und Triebwerke für Raumsonden mit beträchtlich kleinerem Gesamtgewicht als äquivalente. chemische Systeme bilden.
• (13) Schaffung einer Plaema-Impulebeschleunigerkontigurationg die die Eigenschaft hat, sieh genau wiederholende Im-Pulse ubite" selbst bei wesentlicher Variation der Nenge an -Treibmitteln» die pro Impuls eingespeist.iatt aufrecht zu erhalten. Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
• Figur 1 veranschaulicht an einem Schema den Betrieb eines Plaamaimpulabeschlaunigers mit parallelen Blektrodenschienene Figur 2 zeigt einen Teilochnittdurch einen Beschleuniger längs der Linie 2-2 in Figur 4.
• Figur 3 zeigt eine Seitenansicht den in Figur 2 dargestellten Beschleunigern.
• Figur 4 zeigteine, Endansicht des in den Figuren 2 und 3 dargestellten Beschleunigern* Figur 5 zeigt einen Teilochnitt durch einen Treibmitteletrömungemodulator.-Figur 6 zeigt einen Teillängeschnitt in vergröseertem Mannetab einer AusfUhrungeform eines erfindungegemdesen'Plaemabeschleunigern mit einem Nagnattlunsverdichtee in Form einer terromagnetiochen Hülle längs der Linie 6-6 in Pigur 7. Yigur 7 zeigt einen Querechnitt längs der Linie 7-7 in Pigur 60 Figur 7A zeigt in einem Querschnitt eine.andere AusfUhrüngeform den erfin4ungegemgesen Beschleunigerat bei der die Einrichtung zum Verdichten den maanattlunses die Porm einer Hülle aus verdichtetem Eineapulver haig die mit einem Epojqbarzmmtel umgeben ist.
• Figur 7B zeigt in perspektiviecher Schnittdaratellung eine weitere Ausführungeform eines erfindungsgemlienen Beschleunigerag mit einer den Nägnetfluse konzentrierenden Hülle-» die aus geschichteten Biaenbleohen mit zwiechengelegten Isolierfolien besteht* Figur 8 zeigt eine Draufsicht auf eine Gruppe von Beschläunigerne die mit einem einzigen Kondensator verbuüden sind> wobei verschiedene Teile in Schnittdarstellung gezeigt sind. Figur 9 zeigt eine Ansicht längs der linie 9-9 in 7igur.6 teilweiae im schnitt und Figur 10 veranschaulicht in einer perspektivischen Ansicht eine typische Verwendung von Besohleunigergruppen zur Steuerung der Stellung einen Raumfahrzeuges. - Der Betrieb eines Plasma-Impulebeaohleunigere wird anhand der schematischen Darstellung in Pigur 1 erläutert. Diener Besohleuniger erzeugt eine Schubkraft aus geopeichertee Grun.daufbau den.Benahlaunigers -weint zwei in Abstand voneinander angeordnet* lämoabstreckte im Wesentlichen,*parallele Elektroden oder Schieneu 20 und 22 aufg die parallel zu einem Kondensator 24 und einer Hochepannungequelle 26 geschaltet sind, Wenn der Kondensator 24 geladen iatt-befindet sich eine der schienen auf einer hoben ßpannung relativ zu der anderen. Kei,n.elektrische»r Kurtschluas findet statt',» da diese Oobieneh sich,in einen Vakuum-befinden, Wenn jedooh.eine kleine Menge an Treibmittel zwischen die Schienen eiügespritzt oder auf ahdere Weine eingebracht wirdv bildet sich eine Plannandule oder "blob" 28 aus ionisierteia Treibmittel sviaoben den Elektroden 20 und 22 unddie blektrischs Energie* die in dem Kondensator 24 gespeichert istg wird parallel zu den Elektroden über.die Planmaodule'28 entladen-b Die Richtung den Stromes I in den Elektroden 20 und 22 (die durch die 2feile 201 und 221 angedeutet ist) bewirkt während der Entladung zwischen den Elektroden 20 und 22 ein verstärkten.Nagnetteld 30 in dem Bereich zwischen diesen Blekteoden 20 und 22 (wie du-roh die Kreuz@ in Pigur 1-angedeutet wird)* Die Richtung den Nagnettelden 30 ißt benk-

  reeht zu der Richtung des stilmee 114 der in der Plaomatleäle

  .28 tlieest (und -der durch den- *Pfeil 281 angedeutet wird)

  ,3 hseIwiekung zwi3chen den ztl" 30 und dem

  .recht zu diesem Feld gerichteten Strom 1 (Pfeil 289) erzeugt eine senkrecht zu dem Yeld und senkrecht zu dem Strom gerichtete Kraft# die die Plaemodule 28 längs den Elektroden 20 und 22 naoh-unten und aus den Beschleuniger he.raus beschleunigt. Diese beschleunigende Kraft wird mit dem.Bezugezeioben 7 angedeutet* Der beschleunigenden Kraft 7 entspricht eine gleiche und entgege ffl setzte Beaktionnkraft Pgp die auf die Blektrodenteile wirkt# volohe paral- lel zu der Planmandule 28 an den geschlossenen Ende den Beschleunigers verlaufen. Die Reaktionskraft Pf ist obenfalle in Figur 1 eingezeiohnet. Da die Plaamasäule 28 während den gesamten Benchleunigungsverfahrene neutral bleibt# müssen dem Auslaes des Besohleunigere keine Elektronen zugesetzt werden. 39 ist daher möglich# Schüb direkt aus elektrischer Energie unter Verwendung elektromagnetischer XriLfte und einen neutralen Plasmas zu erzeugen. Weiter ist die Menge an kinitiaoher .Energie, die dem Plasma erteilt worden kann, praktioch unbegrenzt und Impulse zwischen etwa 2000 und 10 000 Sekunden oder darüber wurden durch diene Art von Benobleuniger erzeugt. Der Plasma-Impulebeechleuniger nach dieser Erfindung weint wesentliche Vorteile gegenüber den sogenannten Zonenbesehleunigern auf. Da der Planzabeschleuniger eine Impulsvorrichtung ist* ist es mögliche den Schub um einen Yaktor von 1000 oder-mehr durch einfaches Variieren der Impulsabgabegeschwindigkeit zu verändern. 39 Ist ebenfalls möglich, den Impuls selbst durch Variieren entweder der Ne nge an zugesetztem Treibmittel oder den Energiequantumei, das pro Impuls entladen wird, zu verändern. Weiter kann der Beschleuniger kurzzeitig ein- oder ausgeschaltet werden% wobei kein Treibmittel und keine Energie verloren geht. Aueserdem kam ein ]Plaoaa-Impulebeschl:euniger eine groese.Anzahl von leicht lagerbaren und wirtschaftlichen verflüssigten Oasen oder Festetoffen als Treibmittel vorwenden. Von grosser Bedeutung für den Betrieb istg dann der Planmaimpulebeschleuniger einfach und robust gebaut ist und.deahalb mit grosser ZuverlässigkeitAufträge Uber lange Zeiten aunfUhren kanng während der Idnenbeschleuhiger sehr kleine Blektrodeaabstände und eine kc«plizierte Konstruktion bedingt. Eine typische lauweine einen Planna- impulebeaohleunigern mit parallelen Schienen Ist in den Piguren 2 bis 4 dargestellt. Die läfflgentreckten, in wo. sentlichen parallelen Elektroden 32 und-34 sind in einem,# Behälter 36 aus isolierendem Material eingenehlonsen# der sich im wesentlichen über die länge der Elektroden erstreckt.-Die Elektroden sind mit einen Kondensator 38 durch eine kurze koaxiale Verbindungsleitung 40 verbunden. Eine solche koaxiale Leitung dient zum Beiapiel als elektrische Verbindung mit geringer Induktivität zwischen dem Kondensatcr 38 und den Elektroden 32 und 34...Gleiehtalle kann die koaxiale Leitung dazu dieneng die Wäme von den Elek- troden 32 und 34 zu den-äuszeren Gehäuse den Zmdeneatorä 38 abzuleiten. Der Behälter 36 istg wie-dargestellt, an einen Znde ge- schlossen und an anderen Ende offen. Dieser Bebälter kann aus irgendeinem geeigneten isolierenden Material hergestellt gel.u. In der dargestellten Yorm ist der isolierende Behälter 36, in den ei-eh die Ziektroden-32 und 34 befinden" von auseen um die Elektrode herumgeforzt und besteht aus einem geeigneten Jtu»totoff oder einer gieeigneten keramischen Hasse. Der Behälter 36 kann verechiedene andere Permen habeng um in der gewünschten Weine zu arbeiten, z.B. können einfach ein Pmw von Glaeplatten oder.kersmisehen Platten-an die Elektroden *Melogt*tieino Das Treibmittel wird durch eine kleine, Öffnung 42 hintenin dem Behälter 36 eingeleitet. Der Behälter wirkt als Plaama kanalisierend* Mumer mit einem relativ -kleinen be- grenzten Volumens das sich in wesent11..chen, über die ganze Länge der Elektroden 32 und 34 erstreckt. Aus den 71-garen 3 und 4 Ist-die schmale Ausbildung den.Komals erkennbar.' Auf dem iaolierenCen Gehäuse 36 und direkt in Verbindung mit der Öffnung 42 iat ein Modulator 0 aneeordnet (siehe auch Figur 5A In Figur 4 ist ein Querschnitt durch An Beschleuniger dargestellt'' an dem der kleine Abstand dev isolierenden Behälters 36 von den zwei Elektroden 32 und 34 tu sehen ist. Wie in Pigur 4 dargestellt, ha't die Plaamalzmmer einen QuerschnJtt, der quer zur Schtung der Bewegimg des Plasmas abweeboelnd durnh elektroleitfähige Oberflächen und isolierende Oberflächen begrenzt ist. Der gesamte (berflächenbereich der isolierenden-OberfläSen ist wesentliot grbeser all der geeamte Oeprflächenteielch der elektroleitfähigen Flächen. Ein Plaama-Impuletesehleuniger kann beispielsweise nach einer der beiden folgenden Betriebeweiten arbeiten'. Bei der ersten Betriebeweine worden Steueriapulee erzeugtt durch die einzelne diärete Treibmittelportionen etoaaweine dem Benahleuniger zugesetzt werden'und jeweils eine einzelne Entladung einleiten. Bei der zweiten Betriebeweine wird dae Treibnittel in Parm einen kontinuierlichen Stromes zugeführt. wodurch eine kontinuierliche Eeihe von sich wiederholenden Xmpulson erzeugt wird und der die Energie speichernde Kondensatir sich kontinuierlich wieder laden kann. Diese kontinuierlich sich wiederholende Stosseniladung besteht in einen zyklischen Ausatossen von TreibmJ,ttel aus der das Plasma ei:aBohliessenden Kammer durch dJe Entladung und Wiederfüllen dieser Kammer durch den kontJnuierliohen ireibmittelzusatz. Der Kondensator wird durch die Hoohspannungequelle, die kontinuierlich mit ibis verbunden ist, wieder geladen und dieses Aufladen wird fortgesetztg bis hinreichend Treibmittel die Kammer wieder aufgefUllt hat" no,dann. eine weitere Gasentladung stattfindet. Eine solche automatische kontinuierliche Betriebeweine mit sich wiederholenden Impu-I.sen kann mit einer Geschwindigkeit von etwa 1 000 Impulsen pro Sekunde stattfinden.
• Der Treibmittelzusatz oder die.Treibmitteleinspeinung in den Plasmabeschleuniger kann durch irgendeine der naabfolgend beschriebenen Techniken erfolgen.,Erntenn duroh Binlansen einen Gasen oder Dampfes auf ein Steuereignal hin mitteln einen sich schnell öffnenden und echliensenden Ventile# was zu den Einsolizpulebetrieb fUhrtg zweitens Einlassen einen kontinuierlichen Gas- oder D»pfutrcaeng was zu-den Betrieb mit den sich selbständig wiederholenden Impulsen führtg drittens Zuführen einer kontinu.'".erliohen''Gae- oder Dampfetrömung,. die zyklisch durch eineit Strömungemodulator oduliert wirdg wie z.B. durch ein Boh%lenkklappenvontilg viertens Einführen einen Drehten oder eines anderen festen Treibmitteln durch repotierbare mechanlache Einrichtween# fUnftens Speichern des Treibmittels in fester Porm in der Beschleunigungskammer, wodurch das Trelbmittel in ausreichender Menge erodiert wirdp um die Plasmankule zu ers@U-geng sechstens Speichern den Treibmitteln in fester Porn in der Beschleunigungskamert eingehligenlioh der Verwendung der Elektroden und/oder den isoliereAden Behälter* als Treibmittelmaterialp das in hinreiahender Menge erodiert wird, um die Plannaaäule zu erzeugen und siebtens Verwenden einer brennbaren M:schung von Plüsaigkeiten oder Gaaeng wobei die Verbrennungereaktion die Treibmitteltemperatur und die IoniBation den Treibmittels erhöhtg das heiaat die Planmabildung f6rdert. Bei bestimmten Verwendungszwecken des Plaamaimpulebeschleunigern kann die Treibmittel--*-ioniaation auch erhöht werdeng indem in die Beschleunigungekammer el,n radioaktiven Material eingebracht wird. Typi- sehe ionisierbare und verdampfbare Trotbaittel eindt Wasserdampfg Amoniakg Kohlendioxydp Stiokatottu'Sauerstoff# Wasserstoff, Luft.. Ar«onp Holiung Zupterp Nickelp Chrom und Stahl. In Pigur 5 ist eine Ausfuhrxmgeforn einen zyklischen Strözungamodulatore für ganförmige Treibmittel dargestellt. Eine schwingendeFeder oder Klappe 46 ist in einem schmalen Ventilkbrper 48 aus nichtmagnetiochem Material angeordnet und wird von einer Magnetepule 50 in Schwingung versetzt# die ihrerseits so betätigt wirdv wie en durch die erwUnschte Betriebaweine-bentimmt wird. Die Wirkung der magnetiaöhen Kräfte, die durch die Magnetepule 50 aUf die schwingende Klappe 46 ausgeübt verdeng bewirktg daau diene Klappe nach oben und unten schwingt und abwechselnd die DUse 52 Offtet und schlieset. Das Treibmittel tritt in den Modulator 4 4 durch das Rohr 54 ein und verläset den Hodulator 44 in zyklischen Stössen. Der Strömungsmodulator 44 dient vorzugsweise dazu. um Stönne oder uahopau in einem kontinuierlichen Treibmit-'v'-eletrom zu erzeugen anstelle diesen in diskreten Treibriittelgaben eiüzuopeinen. Das zyklisohe Puleieren den Treibmittels verbessert d#e Steuerung der Impulegeschwindigkeit und die Steuer04 der Spannung, auf die der Speicherkondennator geladen wirdv wodurch der Treibmittelverlunt zwischen den Kondezuatorentladungen wesentlich verringert wird.
• Ein Strömungenddulator oder Strämungsunterbrecher mit einem piezoelektrischen keramiechen El«entg um zykliaoh-den Weg oder die Bahn den Treibmitteletreues einzuengent kann ebenem falle verwendet werden. Bäi Verwendung einee piesoelektrisehen Modulatorn kann ein Abgrift inSer Laden Kondensatore verwendet werdeng um da*-pl.esooloktrieche Bleinent zu betätigen, so dann das Laden dem Kondensatorn und dieNTreibmittelstöaae" synchronisiert nind. Ein magnetoetriktives die Treibmittelströmung moditlierendee Element kann in gleicher Weine angewandt worden, wobei in geeigneter Weine das magnetostriktive Element in Abhängigkeit von dem Magnotfeld betätigt wird" das durob die vorangegangene Strömentladung erzeugt wird. Insbesondere in den-AusfUhrungsformeno die in den Piguren 6 und 7 dargestellt eind, besteht der Kern 60 aus einen Epoxyharzt das mit teUchenförmigem magnetischen Naterial imprägniert istt' wie z.B. mit diapergiert.en Einenteilchent wobei der Binengehalt beispielsweise etwa 90 Gew.-% beträgt. Die forrc>-magnetische HUlle 60 dient zum Verdichten den magnetischen Plitsseng macht das oelbtitinduzi-erte Yäat;notfeld gleichmänt aiger und vergrössert es starktg das durch den Strom in den Elektroden 32 und 34 und in der Plaamsäule infolge der Tatsache erzeugt wird, dann die PolatUcke (Plächen 62 und 64) in einen nahen Abstand vonel.nander quer zu den Weg des Stromflussee angpordnet sind. Daher wird die Planmazone zwischen don Elektroden 32 und 349 die von dem ieolierenden Behälter umgeben istg in den die Planmae&Luld eingeschlossen und beschleunigt wirdg einem wesentlich' höheren magnetischen Pluse oder einem wesentlich höheren Magnetteld ausgesetzt als sonst der Fall wäre. Figur 7 zeig-,; eihen Querschnitt der in Figur 6 dargestellten Ausführungsfirm? In dem die Anordnung der Bliktroden 3.2 und 349 des isolierenden Behälters 36 und der den ferromagnetischen Fluns konzentrierenden Hülle 60 aus Einenpulver und Kunstharz zu sehen ist.
• Pigur 7 zeigt weiter den relativ kleir.en Abstand der Polachuhe 62 und 64-der ferromagnetiechenHülle.

  Pigur 7A zeigt eine abgeänderte Auafftruptorn einer den

  Magnetfluns konzentrierenden forro@Npotteoben Nüllig,-;-d it

  in Kombination mit den Blektro"nbobtonta.'32 und 34 U0.''7dOX

  isolierenden Behälter 36

  bei dieser Ausführungeform nach der -zrfftdmw die, reit#.",e

  netische Hülle oder der Mantel 601 in Pom von'diobtaipackten oder gesinterten Zie6nteilchen in eiien EpoXybär" iohuts-Uberzug 61 ausgebildet.
• Pigur 7B zeigt noch eine weitere Porn den den Nagnettl.uns. konzentrierenden Mantels 6011, der zunammen mit den in Ab- stand angeordneten Blektrodtu 32 und 32 und den isolierenden Behälter 36 verwendet wird. ioei dieser AUsfUhr»gotorn den Mantels erstrecken sich eine Reihe von dUnnen Transformatorblechen 56 aus Binen (mit einer Stärke von beinpielawe#OO 094064 mm (16#mil),) im wesentlichen senkrecht zu den EI#ktroden 32 und 349 wobei zwischen den Stahlblechen noch dUnnere Inolierfolien 58 eingelegt eind. En ist klarg dann die Tramtormatorbloche 56 sich mit ihrer Hauptabzennung quer zür Strömungeriohtung den'?lanmas und in allgemeinen in Ebenen de@ durch den Plannabegene bediggten Stromen erstrecken. Es ist eine charakteristische Eigenschaft aller A»£Uhrkfflformen der den Magnetflune konzentrierenden Hüllen oder Mäntelt die in den Piguren 79 7A und 7B dargestellt sind" das@ die Vorgrösserung den Nagnetflussen von den Stren.in den Blekiroden 32 und 34 und in dem Plasmabogen (Strom 281) von selbst in einer solchen Richtung erzeugt wird# dann der Plannantron beschleunigt wird* Be ist eine weitere bedeu- tende Eigenaohaft.der Verwendung eintor ferromgaetischen Hülle.. um eino'vergrönnerte lflunadtohte quer zu der kleinen Dimension der Plasmazone durch Selbatiziduktion zu erzeugeng daso ein hohes Magnetteld nur an der Stelle erzeugt wirdf an der sioh.das Plasma zu einen bestimmten Augenblick befinäet. Es liegt deshalb keine hohe Rentkonduktans in den Xreio vorg das heinet,das erzeugt,* Magnetteld wird in wesentli# oben vollständig für die bebohleuni4ung de» Pluman a»o. nUtzt. Die verbesserte Betriebeweine Untereobeidel mich von .dem Vorschlag# ein von auseen erregten Megnetteld anzulegene das-beinpielaweine durch von aussen erregte Spulen oder dergleichen oder durch äuseere permitente Magneten erhalten werden kenne da ein kontinuierlich ei-regten und 11lOht selbst induzierten Peld entweder Energie nutzlos verbraucht (wenn es elektrisch erregt wird) oder unnötig schwer ist (wenn es sich um eine permamente magnetiaohe Anordnung handelt). Ohne.ein aelbatiaduzierten Peld kehrt sich diesen nicht ung wenn sich der Planzastrcm umkehrt und eine Verntuderuni der Kräfte oder negative Booohleuni~:krUte eind die Folge. Mit einem Vorauche-Benobleunigert der*z.B. einen Blektrode>-abstand von 63p50 am (2-1/9 inehen)v einen Blektrodendurchmenner von 6v35 mm (1/4 iheb)1, eine Elektrodenlänge ym 30498 mm (1 foot)v einen inolierenden Behälter mit einer Planzakammer von 6935 » 0/4- inoh) Stärke» einen Kozideneator von 15 Mikrofaradv eine Spannungequelle von 2951V und als Treibmittel Holium aufweint# wird# wenn diener no konetruierte-Beschlauniger in Impulebetrieb betrieben wirdt' einen Wirkungegrad (brauchbare kinetische Energie in den Auslann dividiert durth gespeicherte Energie in den Kondennator) von 48#l( bei 5100 Sekunden aperifinahen Impuls i'rhalten. Mit einer geeigneten ferromagnetiechen Bülle 60 oder 602 oder 621, wie sie in den Figuren 7, 7A und 7B dargestellt intr wird der Wirkunggrad des Beschleunigers auf etwa 75 % bei gleichem spezifischen Impuls VergrUnwert und das Magnetteld in diesem Beschleuniger ist beträchtlich gleiohförmiger" das heinst wesentlich gleichmänniger quer zu der Plasmakammer verteilt. Die Flusadichte in dem Beachleunigungskanal ist um einen Paktor von etwa 13-für .einen bestimmten Strom bei Verwendung der blektromaUnatisehen Hülle vergrössert. Die Vorgrösserung den Wirkunpgraden, die aus der Verifendung einer den Magnettluns konzentrierenden ferromagnetischen Hülle reaultierte wird nogar noch deutlicherg wenn der Abstand zwiechen-den Slektroden 32 und 34 vergröseert und der Spalt zwischen den Polen verringert wird. Die opti»le Wahl der Parameter den Stromkreisen und die Verwendung einer forro»gnetiaohen Hülle oder einen ferromagnetischen Mantele für einen Planma-Impulebeaohleuniger na'ah dieser Erfindung kann einen Wirkungsgrad bis zu etwa 95 % des theoretisch möglichen bei einem spezifischen Impuls von'etwa, 5000 Bekunden führen. Dementsprechend sind durch die Verwendung einer ferromagnetischen Hül'e die Wirkungegrade von etwa 50 % den theorttisch möglichen.bei einem spezifischen Impuls von 1000 sekunden möglich, wohingegen der Wirkungagrad sonnt.nur etwa 15 % des theoretischen bet,iägt. Von beachtbarer Bedeutung ist ebenfalls die Tatsache, dann die Verwendung einer ferro,-, magnetischen Hülle nur bei einem Plasma-Impulebeaohleuni-&er mit eingeschlossenen Schienen möglich istg da die parallelen Schienen die Beschleunigerkontiguration bildeng die mit der Verwendung von entgegengesetzten »4netischen :gol. flächen unter Einschliennung einen kleinen Spalten zwischen diesen Plächen vertr.äglich ist.
• Ebenfalls von praktischer Bedeutung ist die Tatsache* dast die läng e und deshalb das Gewicht der ferromagnetischen Hülle und des Beschleunigungskanals sehr klein gehalten worden können, da die Hülle oder der Mantel ein-hoben Vorhältnie von Erd- zu Anfangsinduktivität erzeugt. Die Verkleinerung der Maschine ist bei Beaohleunigerkonfigurationen nach dieser Erfindung sehr praktisch. Bin typischer Nikrobeschleuniger mit eingeschlossenen Schienen und einer forromagnetischen Hülle kann Elektroden mit einem Durchmesser von 39175 mm 0/8 inch), einer Länge von 10196 mm #4.inehen)9 einem Elektrodenabstand von 2594 m (1 inch)p eine forromagnetische Hülle-mit einer Stärke von 39175 mm (1/8 inob) und einem Gesamtgewicht den Kam la von nur 09227 kg (412 pound) z.B. haben, In den Piguren 8 und 9 ist eine Gruppe von mehreren Plasma-Impulebeechltunigern nach dieser Erfindung dargestellt.
• Die Plaamabeschleuniger sind längs verschieden gerichteten Schubaohnen angeordnett um Schubkräfte in bentimten Riebtungen zu erzeugen. Die einzelnen Beschleuniger 66, 689 70 umd 72 erzeugen Sohubkräfte in vier verachiedenen'Richtungen längs zwei zueinander nenkreahten Achsen. Jeder Beschleuniger weist die Grundbestandteile eines Benohleunigern mit parallelen eingeschlossenen Schienen auf. Es sind daher in dem Beschleuniger 72 zwei längegestrockte in wesentlioben parallele Elektroden 74 und 76 von o-«*tnen isolierenden einen Plasmakanal bildenden Behälter 78 umgeben. In&leicher Weise sind in dem Beschleuniger 70 zwei längegeatteckte in wesentlichen parallele Elektroden 80 und 82 vorgesehen# die -von einem isolierendeng einen Planzekomal bildenden Behälter 84 umgeben sind. In dem Bezehleu-higer68 sind Schienen 86 und 88 und der Behälter 90 und In dem Beaohleuniger 66 Schienen 92 und 94 sowie der BehUter 96 vorgenehen. Figur 8 stellt weiter eine typische Verbindüng von 2 oder mehreren Beaohleunigernohienenpaaren mit einem einzelnen Kondensator 98 zur Speicherung elektrischer Energie dar. Die Elektroden 76# 829 86 und 92 sind direkt mit einer Seite den Kondensatorn 98 und die Elektroden 749 80s 88 und 94 -sind direkt mit der anderen Seite denselben vorbunden. Wenn der gondensator 98 auf olne hohe Spannung &0-laden istip ist jeden Paar von Elektroden in jedem der Beschleuniger 66, 681, 70 und 72 geladang wobei eine Elektrode sich relativ iu der anderen auf Hoobspannung befindet.
• Ein Schub in gewUnachter Richtung vird einfach dadurch erreicht# dann Treibmittel in den-entoprochenden Benahleuniger eingeleitetwird. Diener Treibmitteleinlann kann die Form einen da* Treibmittel vorgebendten Ein- und Ausaobaltvontils babeng das in jeden Beschleinti> 0 1 angeordnet ist. Drei solcher Ventile sind in den Piguren 8 und 9 xit dgn BezugSzeichen 1009 1Ö2 und 104 bezeichnete rigur 9 ist eine Seitenaneicht der Beschleuniger ffl ppet die in Pigur 8 dargestellt ist. In dieser Pigur ist weiter die Anordnung der Treibmittelvontile und der gemeinsame elektrieche Kondensator 869 der allen Beschleunigern 669 68, 70 und 72 zugeordnet istg dargestellt. Die vier Beschlauniger sind mit dem einzelnen Speicherkondensator 98-durch einen einzelnen konineben koazialen Leiter 106 verbunden. Zusätzlich zu den vier in Pigur 8 und ebenfalls in Pigur 9 dargestellten Kanälen können noch einige Kanäle mehr nahe dem Kondensator 98 angeordnet und mit diesen durch geeignete parallele oder andere koaziale elektrische Leitungen verbunden sein. Pigur 10 veranschaulicht die Verwendung von mehreren Pluma-Impulabeschleunigergruppen für die Steuerung der,Stellung von Raumfahrzeugen. Die einze lnen Beschleuniger 66" 68, 70.9 72p 108 und 110 sind so in Gruppen angeordnet# dann sie die Stellung einen Raumfahrzeuge 112 steuern können. Zur Stau@-rung dieses lLumfahrzeuge 1129 um die Queraobse eind'die Beschleuniger 66 und 709 um die Hochaobee die BenaÜ1ouniger 68 und 72 und um die Längsaobee die Beschleuniger l'08 und 110:vorgesehen. Alle Beschleuniger können mit einem einzigen (das heisst einem gemeinsamen) Energiespeicherkondennator gekoppelt seing der in geeigneter Weine in der Kabine den Raumfahrzeuge angeordnet ist. Wie gben aungefühtt wurdev.kann der ri.aam-Impulebeaohleuniger nach dieser Erfindung mit sich kontinuierlioh wiederholenden Stönnen betrieben werden# indem ein Gae-Treibmitteletron kontinuierlich zugpführt wird. Der Beschleuniger kann mit den verechiedensten gasförmig« Treibmitteln einachliegeltob Luft betrieben worden. Diene ligennobatten den erfindungegenäenen Plasma-Impulebeschltunigern fUhren zu folgenden Betriebevorteileut (1).Der Betrieb innerhalb der Erdatmosphäre unter Verwendung der-Atmoophäre direkt als Treibmittelquelle einochliesolich den Betriebe de* Beechleunigers als ein sich kontinuier1Joh aelbst apeinenden Lorin-Triebwerk; (2) Sam , lung und Kordemation von Z%4lattaosphäre innerhalb der Atmoophäre und Verwendung der gesamselten Atmosphäre als Trelbmittel tUr einen Teil oder den Beet der Raumfahrt; und Betrieb nach (1 und (2) unter weiterer Verwendung der*Atmoophäre und/oder den Oberflächenmateriale einen fremden Planeten als Treibmittelquelle.

Claims (2)

1. ,P a t e ]x t A n a IP r U 0 , -b 0 1. Plaana-Impulebeechleuniger zum Erzeugen von 8ohubkriLftene - gekennseiohnet durch (a) ein Paar von in Abstand voneiumder affleordneten längsgestreckten in wenentlioben parallelen Elektroden mit im wesentlichen gleichen QuerechnittetIkoheni eine ßoobapamungequelleg die an dienen Blektroden liest; (o) einen elektrische Energie opeioberaden Kondensator* der parallel zu den Elektroden ließti (d) einen mit ferrocagnetteohen Material umhüllten inolierenden Behälterg der die Elektroden an den geiten und an einen Ende umgibt und da» andere-Ende offen lännt, sowie einen Planmakamal zwischen den Elektroden bildet und (e) Einrichtungen zum Zuführen und Injizieren einen vordauptbaren und lonisierbaren Treibmittele in den Behälter an seinen geschlossenen Ende.
2. 2. Beschleuniger naoh Anspruch lg dadurch gekonnseichnotg dane Einrichtungen zum Zuführen und Injizieren einen verdampfbaren und ioninierbaren Treibmitteln Kittel zum Variieren der Menge den injizierten Treibmittels aufweineno' 3.Beaohleuniger nach Anapruch 19 dadürch gekomnetohnets dann die Einrichtungen zum ZufUhren und Znjizieren eine$ vordampfbaren und toninierbaren Treibmittel Nittel zum Variieren der Geschwindigkeit der treibmitteliajektion aufweisen. 4. Beschleuniger nach Anspruch 39 dadurch gekennzeichnet» dann die das Treibmittel aufUhrenden uW injizierenden.Binriobtungen Nittel zur kontinuierlichen Injektionden freibmittels in den Plaumkämel aufweisen* Beschleuniger nach Anspruch 4v dadurch gekonnseich»tp dans das Treibmittel ein Gas ist und die das 2teibmittel zu M - renden und injizierenden EinriObt»d« einen schwingenden Strömun naodulttor aufveiteng der den kobtiauterliOb ia,den plasmakanal injizierten ganntren zykliaobe Schwingungen auf-. zwingt. 6. Beschleuniger nach Anspruch lp dadurch gekennzeichnet@ daso das vordampfbare und ionisierbare Treibmittel ein Gas tot. 7. Beschleuniger nach Anspruch 69 dadurob gekennzeichnet, dass' das Gas Amoniak oder Wannerdampf ist. 8. Beachleuniger nach Anspruch 19 dadurot gekennzeichnet# dann eine forromagnetische den Magnotfluas vordichtende.HUliti .den isolierenden Behälter seitlich so umgibte dann magnetisierbare Polechuhe im wesentlichen an den Seiten des Behälters so anliegen, dase der 21aamastrom selbst eine vergrösserte Plusadichte in dem ioniaierten Plasma induziert, wobei die magnetischen Kraftlinien parallel zu der Dicken-Abmessung des Behälters verlaufen. Beschleuniger nach Anspruch 89 dadurch gekennzeichnetg daso die Einrichtung zum Verdichten Aes Magnetflusses im weeentlichen aue geschichtetem, eisenhaltigem Blech mit zwischen den Blechen angeordneten isolierenden Folien besteht und daso die Hauptabmessung des eisenhaltigen Blecheo sich Im allgemeinen quer zur Richtung der Planzabewegung in-dem Plaemakanal erstreckt* 10. Beschleuniger nach Anspruch 8fy dadurch gekennzeichnetg. daso die Einriehtung zum Verdichten des magnetischen Plusses im weaentlichen aus einem Harz bestehtg das mit'tei-lchenförmigem magnetischem Material imprägniert ist. 11. Beaohleuniger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet$ dans die Einrichtung zum Verdichten den magnetischen Plussen verdichtete Einenteilchen und einen Ruaseren Schutzüberzug aufweisen. 12. Planma-Impulebeschleuniger, In dem ein verdampfbaren und .ionisierbaree 2r ibmittel in eine Planzabeaohleunigunge- kammer injiziert wird, die an einem Ende offen istg da- durch Oekennzeichtet, das@ die Kammer im Querschnitt und quer zur Richtung döo Plasmavorschube gesehen durch:ab- wechselnd-elektroleitfähige und isolierende Oberflächen beg-r-omtst---ist-,---wobei die- Genamtfläche der iaolierenden Oberflächen wesentlich gröseer als die. genam.tfläche der elektroleitfähigen Plächen ist und wobei die Binrichtungen zum Verdichten 4G3 äNgettlugßen längs denAsolierenden 12ächen verlaufen.