---

Plazma itişli motorlar, quasi-neutral bir plazmadan itki üreten bir tür elektrikli itki sistemidir. Bu, genellikle iyon itki motorlarından farklıdır, çünkü iyon itki motorları, plazma kaynağından bir iyon akımı çıkartarak bu akımı ızgaralar/anotlar kullanarak yüksek hızlara hızlandırır. Bu tür motorlar birçok şekilde mevcuttur (bkz. elektrikli itki). Ancak, bilimsel literatürde, “plazma itki motoru” terimi bazen genellikle “iyon motorları” olarak belirlenen itki motorlarını da kapsar.

Plazma itki motorları genellikle yüksek gerilimli ızgaraları veya anotlar/katotlar kullanmazlar, ancak iyonları hızlandırmak için içsel olarak üretilen akımları ve potansiyelleri kullanırlar, bu da yüksek hızlandırma gerilimlerinin olmaması nedeniyle daha düşük bir egzoz hızına yol açar.

Bu tür bir itki motorunun birçok avantajı vardır. Yüksek gerilimli ızgaraların veya anotların olmaması, ızgara iyon erozyonu sonucu oluşabilecek olası bir sınırlayıcı unsuru ortadan kaldırır. Plazma egzosu ‘quasi-neutral’dır, yani pozitif iyonlar ve elektronlar eşit sayıda bulunur, bu da egzoz bulutunu nötralize etmek için basit iyon-elektron rekombinasyonuna izin verir, bu da bir elektron tabancası (boş katot) gereksinimini ortadan kaldırır. Bu tür bir itki genellikle dış bir anten kullanarak radyo frekansı veya mikrodalga enerjisi kullanarak kaynağını oluşturur. Bu gerçek, edilgen gazlar dışında hassas olan boş katotların (hava karışımlarından argona ve astronot idrarına kadar çeşitli itki maddelerinin kullanılmasına olanak tanır.

Plazma motorları, yüksek özgül itki seviyeleri nedeniyle gezegenler arası görevler için çok uygun olabilir.

Birçok uzay ajansı, Avrupa Uzay Ajansı, İran Uzay Ajansı ve Avustralya Ulusal Üniversitesi gibi plazma itki sistemleri geliştirdi, bu da çift tabaka bir itki motorunu ortaklaşa geliştirdi.

Tarihi

Bazı plazma motorları aktif uçuş süresi ve görevlerde kullanım görmüştür. Plazma motorlarının ilk kullanımı, Sovyet Zond 2 uzay aracında gerçekleşti ve altı Pulsed Plasma Thruster (PPT) bu uzay aracında kullanılan yönelim kontrol sistemi aktüatörleri olarak görev yaptı. PPT itki sistemi, uzay aracı Dünya’dan 4.2 milyon kilometre uzaklıkta iken 14 Aralık 1964’te 70 dakika boyunca test edildi.

2011’de NASA, Tacsat-2 uyduya ilk hall etkisi itki motorunu taşımak için Busek ile ortaklık kurdu. Bu motor, uyduyun ana itki sistemi oldu. Şirket aynı yıl başka bir hall etkisi itki motorunu daha fırlattı. 2020’de, Wuhan Üniversitesi’nde bir plazma jeti üzerine araştırmalar yayınlandı. Ancak, o çalışmada yayınlanan itki tahminleri, giriş mikrodalga gücünün %100’ünün itkiye dönüştürülmesi durumunda bile teorik olarak mümkün olan seviyelerin neredeyse dokuz katı olduğu gösterildi.

Ad Astra Rocket Company, VASIMR’ı geliştirmektedir. Kanadalı şirket Nautel, itki maddesini iyonize etmek için gereken 200 kW RF jeneratörlerini üretmektedir. Bazı bileşen testleri ve “Plazma Atışı” deneyleri, Liberya, Kosta Rika’daki bir laboratuvarda gerçekleştirilmektedir. Bu proje, eski NASA astronotu Dr. Franklin Chang-Díaz (CRC-ABD) tarafından yönetilmektedir.

Kosta Rika Uzay Havacılık İttifakı, VASIMR’ı Uluslararası Uzay İstasyonu’nun dışında monte edilecek şekilde dış destek geliştirmeyi duyurdu. VASIMR’ın uzayda test edilmesi planının bu aşamasının 2016’da gerçekleştirilmesi bekleniyordu.

Avantajlar

• Roketlere göre yüksek itki
• Basitlik
• Verimlilik
• Çeşitli gazları kullanabilme

Dezavantajlar

• Enerji gereksinimi
• Plazma erozyonu
• Genel olarak düşük itki
• Dünyadan çok uzaya uygunluk
• Maliyet

Motor Tipleri

• Helicon Plazma İticileri

Helikon plazma itki motorları, sabit bir manyetik alana maruz kaldığında plazma içinde var olan düşük frekanslı elektromanyetik dalgaları (Helikon dalgaları) kullanır. Gaz odasını saran bir RF anteni, dalgaları oluşturur ve gazı uyararak plazma oluşturur. Plazma, ideal topolojiye sahip çeşitli elektrik ve manyetik alan kombinasyonlarını gerektiren ivme stratejileri aracılığıyla yüksek hızda dışarı atılırak itki üretir. Bunlar elektrotsuz itki motorları kategorisine aittirler. Bu itki motorları, uzun süreli görevler için faydalı olmalarını sağlayan çeşitli itki maddelerini desteklerler. Bunlar, cam bir soda şişesi dahil olmak üzere basit malzemelerden yapılabilmektedirler.

• Manyetoplazmadinamik İticiler

Manyetoplazmadinamik iticiler (MPD), itme kuvveti oluşturmak için Lorentz kuvvetini (manyetik alan ile elektrik akımı arasındaki etkileşimden kaynaklanan bir kuvvet) kullanır. Manyetik alanın varlığında plazmadan akan elektrik yükü, plazmanın hızlanmasına neden olur. Lorentz kuvveti aynı zamanda darbeli plazma iticilerinin çoğunun çalışması için de çok önemlidir.

• Darbeli Endüktif İticiler

Darbeli endüktif iticiler de itme kuvveti oluşturmak için Lorentz kuvvetini kullanır, ancak elektrot kullanmazlar ve erozyon sorununu çözerler. Plazmadaki iyonizasyon ve elektrik akımları hızla değişen bir manyetik alan tarafından indüklenir.

• Elektrotsuz Plazma İticileri

Elektrotsuz plazma iticileri, plazma elektronlarını ve iyonlarını aynı yönde hızlandırmak için güçlü bir elektromanyetik enerji yoğunluğu gradyanının etkisi altındayken herhangi bir plazma veya yüklü parçacık üzerinde etkili olan havuz itici kuvveti kullanır, böylece nötrleştirici olmadan çalışır.

• VASIMR

(Değişken Spesifik Darbe Manyetoplasma Roketi)

VASIMR, uzay aracı iticisi olarak kullanılmak üzere geliştirilen bir elektrotermal itici sistemdir. İnert bir iticiyi iyonize etmek ve ısıtmak için radyo dalgalarını kullanır, böylece bir plazma oluşturur; ardından genişleyen plazmayı sınırlamak ve hızlandırmak için bir manyetik alan kullanır, itki üretir. Bu, bir dizi uzay aracı elektrikli itme sisteminden biri olan bir plazma iticisidir.

VASIMR’ın plazmayı ısıtmak için kullandığı yöntem aslında nükleer füzyon araştırmaları sırasında geliştirilmiştir. VASIMR, yüksek itki düşük spesifik itme kimyasal roketler ile düşük itki yüksek spesifik itme elektrikli itki arasındaki boşluğu kapatmayı amaçlamaktadır, ancak henüz yüksek itkiyi göstermemiştir. VASIMR konsepti, eski NASA astronotu Franklin Chang Díaz tarafından 1977’de ortaya atılmıştır ve o zamandan beri teknolojiyi geliştirmiştir.

VASIMR, elektrotermal plazma iticisi / elektrotermal manyetoplazma iticisi türünde bir iticidir. Bu motorlarda, nötr, inert bir itici radyo dalgaları kullanılarak iyonize edilir ve ısıtılır. Sonuç olarak oluşan plazma, manyetik alanlarla hızlandırılarak itki üretilir. Diğer ilgili elektrikle çalışan uzay aracı iticisi kavramları arasında elektrot olmayan plazma iticisi, mikrodalga arkjet roketi ve darbeli indüktif itici bulunmaktadır.

İticiye, elektromanyetlerle kaplı bir boş silindire enjekte edilen argon veya ksenon gibi nötr bir gaz itici olarak yerleştirilir. Motora girdiğinde, gaz ilk olarak bir “soğuk plazma” haline getirilir; bu, gazı elektromanyetik enerjiyle bombardı eden bir helikon RF anteni / kuplörü tarafından yapılır ve sıklıkla 10 ila 50 MHz arasında bir frekansta gerçekleşir. Bu işlem, gaz atomlarından elektronları ayırarak iyonlar ve serbest elektronlar plazmasını oluşturur. RF ısıtma enerjisinin ve plazmanın miktarını değiştirerek, VASIMR’ın ya düşük itki yüksek spesifik itme çıkışı ya da görece yüksek itki düşük spesifik itme çıkışı üretebileceği iddia edilmektedir. Motörün ikinci aşaması, iyonize plazmayı yönlendiren ve geleneksel roket motorlarındaki fiziksel nozul gibi çalışan bir konverjan-diverjan nozul gibi davranan güçlü bir solenoid yapılandırması elektromanyettir.

Birincil kuplörün ardından, İyon Siklotron Isıtma (ICH) bölümü olarak bilinen ikinci bir kuplör, iyon ve elektronların motor içinde seyahat ederken yörüngeleriyle rezonansa girmek için elektromanyetik dalgalar yayar. Rezonans, bu motor bölgesinde manyetik alanın azaltılmasıyla ve plazma parçacıklarının yörünge hareketinin yavaşlamasıyla sağlanır. Bu bölüm, plazmayı Güneş’in yüzey sıcaklığının yaklaşık 173 katı olan 1.000.000 K (1.000.000 °C; 1.800.000 °F) sıcaklığın üzerine ısıtır.

İyonların ve elektronların motor içindeki yolculuğu, motor duvarlarına paralel hatlara benzer yaklaşımlar izler; ancak parçacıklar aslında motor içinde lineer olarak seyahat ederken bu hatları dolaşır. Motorun son, açılan, kısmında, iyonları ve elektronları motorun dışına 50.000 m/s (180.000 km/sa) gibi büyük hızlarla çıkaran genişleyen bir manyetik alan bulunur.

---