Возвращение из космоса

Пучок плазмы светится настолько ярко, что на него трудно смотреть даже сквозь темные очки электросварщика. Еще более поразительный световой эффект можно наблюдать при полете метеора в атмосфере Земли. За метеором образуется след из светящейся плазмы с температурой до 30 00 °C.

Плазматрон не может пока работать продолжительное время, так как от высокой температуры могут разрушиться некоторые детали плазматрона. Но время существования струи плазмы с температурой свыше 20 00 °C вполне достаточно для проведения важных опытов. Используя плазматрон, можно изучать условия входа в атмосферу моделей будущих межпланетных кораблей. С этой целью струю плазмы поместили в аэродинамическую трубу [28]. Извергающаяся из генератора струя, проходя через специальный диффузор, сильно увеличивает свою скорость. Она разгоняется под действием магнитных полей до скорости в 10–20 раз выше скорости звука.

_{Рис. 17. Плазматрон в действии}

Чтобы получить такую скорость, в трубе создают высокий вакуум. Для этого в конце ее непрерывно работают мощные вакуумные насосы. При помощи магнитных полей оказалось возможным сообщать потоку плазмы космические скорости.

Считается [28], что температуру плазмы можно довести до 100 00 °C и выше. Для такого повышения температуры необходимо огромное количество энергии, так как потребляемая плазматроном энергия возрастает быстрее, чем температура. Это объясняется тем, что при температуре 100 000° С и выше около девяти десятых энергии плазмы мгновенно излучается. Поэтому, чем выше температура, тем меньше время существования плазмы.

Плазматроны находятся еще в начальной стадии своего развития. Однако уже в ближайшее время будут построены генераторы плазмы с более высокими техническими показателями… Быстро увеличиваются размеры и мощность плазматронов. Так, в лаборатории Чикагского университета в 1956 году построен аппарат, луч которого имеет диаметр 6,5 мм. Он потребляет всего 70 киловатт энергии. В 1957 году там же введен в действие плазматрон с лучом диаметром 32 мм. Планируется постройка нового плазматрона, диаметр дуги которого будет достигать 76 мм. Для этого потребуется увеличить подводимую к плазматрону мощность до 10000 киловатт [29].

Генератор плазмы позволит получать температуры вплоть до «космических», т. е. таких, которые будут действовать на обшивку летательных аппаратов, возвращающихся из космоса.

Первые испытания материалов космической техники с использованием плазматронов уже проведены [29]. Вот как, например, испытывались модели на плазматроне мощностью 1000 киловатт. Диаметр отверстия, из которого выходила струя плазмы, равнялся всего 32 мм. Температура плазмы была около 14 00 °C, а скорость истечения 900 м/сек. Тепловой поток плазматрона достигал 5400 килокалорий на квадратный метр в секунду.

Во время испытания модель, похожая на снаряд небольшой пушки, располагалась вертикально на расстоянии 810 мм от среза сопла. Снаряд имел вид конуса длиной 86 мм, угол при вершине составлял 45°. После запуска плазматрона модель специальной гидравлически управляемой установкой подводилась к соплу на расстоянии 100 мм. При подходе к соплу модель была закрыта экраном, а затем экран быстро убирался. В этот момент тепловой поток воздействовал на модель, создавая тепловой удар. Процесс оплавления модели фотографировался на цветную пленку (32 снимка в секунду).

_Рис. 18.

О том, как интенсивно разрушается конусная часть модели в потоке плазмы, можно судить по некоторым из этих снимков, помещенным на рис. 18. Здесь показан процесс оплавления медной модели в первые 7,5 секунды.

Кроме медной модели, испытывались конусы из алюминия, нержавеющей стали, нейлона, текстолита и графита. Скорость оплавления определялась по скорости притупления носка модели во время нагрева.

_{Рис. 19. Самым стойким материалом при воздействии плазмы является графит.}

Уменьшение массы конуса в зависимости от времени действия плазменной струи приведено на графике (рис. 19). Наименее стойкой оказалась модель из алюминия. Она обгорела за 5 секунд на 30,5 мм. Наиболее стойкими оказались графит и текстолит. Конус из графита за 45 секунд обгорел всего на 7 мм. Текстолитовая модель в течение 10–15 секунд обуглилась, а затем приобрела почти такие же свойства, как и графит.

Располагая этим графиком, инженеры определили величину обгорания исследованных материалов за одинаковое время применительно не только к моделям, но и к большим конструкциям. Если принять это время равным 5 секундам, то получаются следующие любопытные величины. За 5 секунд обгорание графита равно 1,4 кг с каждого квадратного метра, нейлона-4,2 кг, текстолита — 5,6 кг, меди — 70 кг, нержавеющей стали — 77 кг, алюминия — 84 кг. Приведенные данные показывают, что выгоднее всего носовую часть корабля покрывать не металлами, а углеродистыми материалами — графитом, нейлоном и им подобными материалами.