Ионный двигатель с сеткой

Достоинства и недостатки

Плазменные ракетные двигатели за десятилетия своего использования зарекомендовали себя следующими преимуществами в сравнении с традиционными реактивными двигателями на «химической» тяге:

• Высокий импульс;
• Малая масса расходуемого рабочего тела;
• Малые габариты самого двигателя.

В то же время свойственные таким двигателем недостатки сводятся к главному: слишком малой тяге. Они существенно уступают по данным показателям обычным ракетным двигателям, что делает их использование крайне неэффективным. Кроме того, весьма высоки затраты энергии на ионизацию. К тому же в условиях земной атмосферы высвобождаемые ионы крайне химически активны, образуя весьма агрессивные соединения.

Таким образом, ближайшее будущее плазменных ракетных двигателей будет связано исключительно с их применением на достаточно дальних космических маршрутах и уже сложившейся ролью дополнительных двигателей на околоземных спутниках, которым требуется совершать манёвры в космосе. В последнем варианте перспективным направлением для использования ионных двигателей может стать уборка орбитального «космического мусора», проблема с которым ежегодно обостряется.

Автор статьи:
Роев Олег

Будущие проекты с использованием ионных двигателей

Электродвигатели космических аппаратов готовы снизить стоимость развертывания спутников. С помощью компактных ионных двигателей на борту спутников, они могут поднять себя с низкой околоземной орбиты к их окончательной геостационарной орбите. Это позволит сэкономить огромное количество, необходимое для подъема спутника с помощью обычных химических ракет, топлива, и позволяют использовать гораздо меньшие ракеты-носители, которые будут значительно экономить деньги. Первые блоки с полностью электрической версией платформы спутника в 2012 году с ионным двигателем были оснащены ксеноновым питанием с сеткой.

В более долгосрочной перспективе, космические буксиры и даже пилотируемые полеты на Марс, будут основаны, наиболее вероятно, на ядерных электрических силовых установках.

Источник — phys.org/news

Статья полезна? Тогда сообщите о ней другим, нажав на кнопки социальных сетей (Twitter, Facebook и др.) ниже.
Скорее всего, вам будут интересны и полезны следующие записи:,
а также пригодится подписка на новые интересные материалы сайта через оранжевую кнопку вверху или в боковой колонке страницы.

Преимущества ионного двигателя для космического корабля

Ионы на выходе из двигателя разгоняются до очень высоких скоростей. В своем максимуме они могут достигать 210 км/с. При этом, химические ракетные двигатели не способны достигать и 10 км/с, находясь в диапазоне 3-5 км/с.

В нашем Telegram-чате все говорят про варп-двигатель, но давайте сначала с ионным разберемся.

Возможность достижения большого удельного импульса позволяет очень сильно сократить расход реактивной массы ионизированного газа в сравнении с аналогичным показателем для традиционного химического топлива. А еще, ионный двигатель может непрерывно работать более трех лет. Энергия, которая нужна для ионизации топлива берется от солнечных батарей — в космосе с этим проблем нет.

Если спешить с ускорением некуда, то ионный двигатель станет отличным вариантом.

Системы видеонаблюдения

Как работает плазменный ракетный двигатель

Огромное влияние ионного двигателя на освоение космоса

В ионном двигателе ксенон сначала бомбардируется электронами с образованием ионизированной плазмы. Затем он ускоряется через решетки, которые имеют большую разницу в электрическом потенциале. Результат впечатляет, ионизированный луч образует голубоватое гало, напоминающее научно-фантастические фильмы. Полученная тяга по-прежнему крошечная, около 90 миллинов. Это близко к тяге листа бумаги, помещенного на руку.

В 1998 году НАСА запустило космический зонд Deep Space 1 — первый исследовательский космический корабль с ионной двигательной установкой. Deep Space 1 доказал, что с солнечными батареями и несколькими десятками килограммов ксенона космический зонд может выполнять миссию намного выше, чем система Земля-Луна. Ионное движение продемонстрировало полный потенциал для недорогих космических полетов, которые могут содержать только ограниченное количество пропеллента. NASA решает быстро сделать ставку на этот первый успех.

Эта инновационная двигательная технология позволяет рассматривать новые цели. Ионное движение позволяет достичь определенных пунктов назначения, проводя в десять раз меньше пропеллента, чем с химическим двигателем, который должен быть терпеливым. Предоставленные ускорения действительно крошечные, поэтому вам нужно запустить ионный двигатель в течение нескольких месяцев или лет, чтобы добиться значительного ускорения. Ионному двигателю также нужен источник питания, и только солнечные панели могут обеспечить им возможность работать, что немного ограничивает возможности, потому что за пределами орбиты планеты Марс солнечные панели становятся почти бесполезными.

Как работает ионный двигатель

Принцип работы ионного двигателя простой и сложный одновременно. Он заключается в ионизации газа, который разгоняется электростатическим полем для получения реактивной тяги и разгона космического корабля согласно третьему закону Ньютона.

Топливом или рабочим телом такого двигателя является ионизированный инертный газ (гелий, аргон, неон, ксенон, криптон, оганесон, радон). Впрочем, не все инертные газы стоит использовать в качестве топлива, поэтому, как правило, выбор ученых и исследователей падает на ксенон. Также рассматривается вариант использования ртути в качестве рабочего тела ионного двигателя

Во время работы двигателя в камере образуется смесь из отрицательных электронов и положительных ионов. Так как электроны являются побочным продуктом, их надо отфильтровать. Для этого в камеру вводится трубка с катодными сетками для того, чтобы она притягивала к себе электроны.

Положительные ионы, наоборот, притягиваются к системе извлечения. После чего разгоняются между сетками, разница электростатических потенциалов которых составляет примерно 1 200 Вольт, и выбрасываются в качестве реактивной струи в пространство.

Схематичное изображение работы ионного двигателя.

Электроны, которые попали в катодную ловушку, должны быть удалены с борта корабля, чтобы он сохранял нейтральный заряд, а выброшенные ионы не притягивались обратно, снижая эффективность установки. Выброс электронов осуществляется через отдельное сопло под небольшим углом к струе ионов

Таким образом, что произойдет в их взаимодействии после покидания двигателя, уже не так важно, ведь они не мешают движению корабля

9 Колумбия

Ионный двигатель — Ion thruster

Ионный двигатель или ионный двигатель является формой электрической силовой установки , используемой для движени космической летательного аппарата . Он создает тягу , ускоряя ионы с помощью электричества .

Ионный двигатель ионизирует нейтральный газ, извлекая часть электронов из атомов , создавая облако положительных ионов . Эти ионные двигатели в основном полагаются на электростатику, поскольку ионы ускоряются кулоновской силой вдоль электрического поля . Временно сохраненные электроны, наконец, повторно вводятся нейтрализатором в облако ионов после того, как оно прошло через электростатическую решетку, так что газ снова становится нейтральным и может свободно рассеиваться в пространстве без какого-либо дальнейшего электрического взаимодействия с двигателем. Напротив, электромагнитные двигатели используют силу Лоренца.для ускорения всех частиц (свободных электронов, а также положительных и отрицательных ионов) в одном направлении, независимо от их электрического заряда , и конкретно называются плазменными двигательными установками , где электрическое поле направлено не в направлении ускорения.

Ионные двигатели в оперативном использовании имеют входную мощность потребность 1-7 кВт (1.3-9.4 л.с.), скорость истечения 20-50 км / с (I _SP 2000 — 5000 секунд), тяги 25-250 мН (0.090-0.899 унций _п ) и КПД 65–80%, хотя экспериментальные версии достигли 100 кВт (130 л.с.), 5 Н (1,1 фунт- _сила ).

Deep Space 1 космический аппарат, приведенный в действие ионного ракетного двигателя малой тяги, изменена скорость на 4,3 км / с (2,7 миль / с), потребляя меньше , чем 74 кг (163 фунтов) ксенона . Космический корабль Dawn побил рекорд, изменив скорость на 11,5 км / с (7,1 миль / с), хотя он был вдвое менее эффективен, потребовалось 425 кг (937 фунтов) ксенона.

Приложения включают в себя управление ориентацией и положением орбитальных спутников (на некоторых спутниках есть десятки маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного двигателя для маломассивных роботизированных космических аппаратов (таких как Deep Space 1 и Dawn ).

Двигатели с ионной тягой применимы только в космическом вакууме и не могут перемещать транспортные средства через атмосферу, поскольку ионные двигатели не работают в присутствии ионов вне двигателя. Кроме того, мизерная тяга двигателя не может преодолеть сколько-нибудь значительного сопротивления воздуха. Космические аппараты полагаются на обычные химические ракеты, чтобы достичь своей начальной орбиты .

PoletPilot

В клубе можно не просто полетать на самолете. Вы приобретаете подарочный сертификат на полет, который позволит вам получить полноценный урок пилотирования самолета.

Перед полетом инструктор объяснит назначение органов управления самолетом и приборного оборудования. После получения по радио «добро» от руководителя полетов будет запущен двигатель, и вы будете делать следующее:

1. Руление на предварительный старт.
2. Взлет и набор высоты. Взлет выполняет инструктор, курсант мягко держится за управление.
3. Демонстрация принципов пилотирования. Инструктор демонстрирует управление самолетом по крену тангажу и рысканью, объясняет понятие скольжения, учит распределению внимания.
4. Горизонтальный полет.
5. Выполнение координированных разворотов с креном до 30 градусов.
6. Демонстрация набора высоты и снижения.
7. Снижение и заход на посадку. Выполняет инструктор, курсант мягко держится за управление.
8. Руление на стоянку. Курсант совместно с инструктором.

Стоимость:Sport Cruiser — от 6 500 руб.Zodiac — от 6 500 руб.Як-52 — от 9 000 руб.Як-18Т — от 9 000 руб.RV 12 — от 6 000 руб.Dragonfly — от 4 000 руб.

Навигация по записям

Принцип работы

На удивление экспериментальная установка устроена очень просто. При помощи компрессора воздух под давлением идет в кварцевую трубку. К ней присоединен волновод, у которого на одном конце установлен магнетрон мощностью в 1 кВт. Именно это то устройство, которое отвечает за разогрев еды в микроволновке. Оно генерирует излучение в 2,45 ГГц, благодаря которому происходит ионизация и нагрев подаваемого воздуха. В итоге мы получаем плазму, в будущем отводящуюся в «реактивное сопло». Данный аппарат выглядит как кварцевая трубка в диаметре 24 см.

Таким образом, один конец у нас с, так называемой, микроволновкой. Отметим, что аппарат охлаждается простой водой. Если этого не делать, то есть риск возникновения выскоплазменного электромангала.

В результате эксперимента тяга, которую создали китайские ученые, заставляет подпрыгивать стальной шар, который весит 1 кг. Его крепят на конце импровизированного сопла. Проанализировав полученные данные, можно сказать, что подъемная сила в 28 Н/кВт, а также давление в 24 кН/кв.м. дает вполне реальную жизнь идее, когда воздушно плазменный реактивный двигатель становится интересным аналогом обычного реактивного двигателя, который работает на ископаемом топливе.

Ошеломляющий результат разработки – сразу три весомых для планеты пункта:

1. Больше не надо жечь нефтепродукты.
2. Заметно сократиться загрязнение атмосферы углеродом.
3. Замедлится процесс глобального потепления.

Ученые предполагают, что в будущем такими двигателями можно оснастить самые разные устройства, в том числе и самолеты. Но внедрить изобретение можно только тогда, когда будут разработаны компактные и мощные источники энергии. Ими вполне могут стать портативные термоядерные реакторы.

Читайте также.

Литература

[править] Краткие технические характеристики

ЭРД характеризуются малым массовым расходом РТ и высокой скоростью истечения ускоренного потока частиц. Нижняя граница скорости истечения примерно совпадает с верхней границей скорости истечения струи химического двигателя и составляет около 3 000 м/с. Верхняя граница теоретически неограничена (в пределах скорости света), однако для перспективных моделей двигателей рассматривается скорость, не превышающая 200 000 м/с. В настоящее время для двигателей различных типов оптимальной считается скорость истечения от 16 000 до 60 000 м/с.

В связи с тем, что процесс ускорения в ЭРД проходит при низком давлении в ускорительном канале (концентрация частиц не превышает 1020 частиц/м³), плотность тяги довольно мала, что ограничивает применение ЭРД: внешнее давление не должно превышать давление в ускорительном канале, а ускорение КА очень мало (десятые или даже сотые g). Исключением из этого правила могут быть ЭДД на малых КА.

Электрическая мощность ЭРД колеблется от сотен ватт до мегаватт. Применяемые в настоящее время на КА ЭРД имеют мощность от 800 до 2 000 Вт.

ЭРД характеризуются не очень высоким КПД — от 30 до 60 %.

Самый большой торговый флот

Активно развивается и торговля в океане, растет число судов с большим водоизмещением: контейнеровозы, танкеры и другие. При юридической регистрации нового корабля важен порт приписки. Моряки хорошо знают, что строгие условия регистрации и налогообложения на родине отнимают массу сил, времени и средств. Поэтому получилось так, что самый большой торговый флот в мире принадлежит Панаме.

Панама

Маленькое государство в Америке владеет Панамским каналом и не строит крупные суда. При этом Панама является владелицей огромного флота. Все дело в «удобном флаге». При регистрации судна в Панаме владелец платит небольшой налог и может набрать команду за небольшие деньги. Часто регистрация оформляется онлайн. Изначально флаг Панамы выбирали американские суда, желавшие продавать пассажирам алкоголь во время сухого закона. Если в 2005 г. число кораблей Панамы достигло 4688, то сегодня цифра превысила 9000.

Флаг Панамы оказался самым удобным для торговых и пассажирских судов всего мира

Либерия

Либерия воспользовалась примером Панамы и начала предоставлять упрощенную регистрацию. О том, что число торговой флотилии будет расти, говорили давно

Либерия — одно из беднейших государств мира, важной статей ее дохода является использование «удобного флага»

В мире все чаще происходят инциденты с участием судов под флагом Либерии

Китай

Китай укрепляет свои позиции на море. Число торговых операций в Тихом и Индийском океанах растет. Сектор судостроения контролируется государством. Рост отрасли отметился в 1999 г. Сегодня общий тоннаж Китая превышает 170 брутто-тонн.

Китаю принадлежит крупнейший в мире танкер-рудовоз

Япония

После 2010 г. отмечен рост грузоперевозок Японии. Количество кораблей под флагом страны возросло с 673 до 2070 единиц. Основной маршрут пролегает в Тихом океане.

Большое количество заказов на постройку судов выполняет Mitsubishi Heavy Industries

Сингапур

Пятое место списка занимает экономический лидер Юго-Восточной Азии, Сингапур. Ежегодно увеличивается число сухогрузов, танкеров, контейнеровозов, рефрижераторов. Причина регистрации в Сингапуре — удобство флага. Примечательно, что даже не имеющие выход к морю Монголия, Боливия и Молдавия предоставляют морскую регистрацию и имеют флот.

Источник

Галерея изображений

Миссии

Действующие миссии

• Starlink — проект компании Илона Маска SpaceX по выведению спутников на околоземную орбиту для создания глобальной сети интернет. Технология используется для маневрирования спутников и избежания их столкновения с космическим мусором[источник не указан 701 день].
• Artemis
• Хаябуса-2
• BepiColombo. Запущен 20 октября 2018 года. ЕКА использует ионный двигатель в этой меркурианской миссии, наряду с гравитационными манёврами и химическим двигателем для перехода на орбиту вокруг Меркурия в качестве искусственного спутника. На аппарате работают самые мощные на сегодняшний день 4 ионных двигателя суммарной тягой 290 мН.

Завершённые миссии

• SERT (англ. Space Electric Rocket Test, рус. Тест Космического Электрического Двигателя — программа NASA, в которой на спутниках впервые был использован ионный двигатель)
• Deep Space 1
• Hayabusa (вернулся на Землю 13 июня 2010 года)
• Smart 1 (завершил миссию 3 сентября 2006 года, после чего был сведён с орбиты)
• GOCE (после исчерпания запасов рабочего тела сошёл с орбиты)
• LISA Pathfinder (ЕКА) использовал ионные двигатели в качестве вспомогательных для точного контроля высоты; деактивирован 30 июня 2017.
• Dawn. 1 ноября 2018 года аппарат исчерпал все запасы топлива для маневрирования и ориентации, его миссия, длившаяся 11 лет, была официально завершена.

Планируемые миссии

• Международная космическая станция. По состоянию на март 2011 года планировалась доставка на МКС электромагнитного двигателя (VASIMR) Ad Astra VF-200 с мощностью в 200 кВт VASIMR. VF-200 представляет собой версию VX-200. Поскольку доступная электрическая мощность на МКС меньше 200 кВт, проект ISS VASIMR включал в себя систему батарей, которая накапливала энергию для 15 минут работы двигателя.
• Solar Orbiter.

Нереализованные миссии

Компьютерная модель Прометея-1

NASA ввело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В 2005 году программа была закрыта. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».

Проект Джефри Лэндиса

Geoffrey A. Landisru_en предложил проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что даёт некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом. В настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений — например, он потребует силы тяги от ионных двигателей в 1570 Н при нынешних 20—250 мН(по другим данным рекорд тяги у современных ионных двигателей 5,4 Н).

Когда и как возникла идея разработки плазменного двигателя

О возможностях использования электроракетных двигателей задумывались ещё в начале XX века. Идея создания плазменного двигателя, в котором могла бы возникать реактивная тяга за счёт энергии ионов, параллельно была впервые публично выдвинута в 1911 году российским учёным Константином Циолковским, одним из теоретических основоположников космонавтики. Первые практические эксперименты в этом направлении в 1916 году были проведены уже американским «отцом космонавтики» — учёным Робертом Годдардом.

В то время подобные разработки не смогли стать основой каких-либо полноценных технических решений: они могли действовать только в условиях, максимально приближённых к вакууму. Вопросы использования плазменных технологий стали актуальными к 1960-м годам, когда СССР и США приступили к практическому освоению космического пространства. Учёными этих стран к тому времени были обоснованы принципы работы различных ионных двигателей, способных создавать реактивную тягу за счёт ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле.

Первый работающий ионный двигатель был построен инженером НАСА Гарольдом Кауфманом в 1959 году. В качестве топлива он использовал ртуть. Суборбитальные испытания этого двигателя прошли в 1964 году, когда исследовательской ракетой был запущен научный зонд Sert 1 — первое в истории устройство, использовавшее конструкцию ионного двигателя в космосе. В 1970-х годах в США провели ряд повторных испытаний этой технологии, но в дальнейшем развивать её не стали.

СПД калининградского ОКБ «Факел»

В СССР подошли более основательно Теоретическое исследование плазмодинамики, осуществлённое академиком Алексеем Морозовым, считается наиболее фундаментальным в мировой науке. В 1972 году в системе ориентации советского спутника «Метеор» были использованы два электроракетных двигателя: «классический» ионный и стационарный плазменный (СПД). Последний вариант показал себя лучше, и советские специалисты сконцентрировались на этой разновидности двигателей. На их производстве стало специализироваться калининградское ОКБ «Факел», которое в дальнейшем стало развивать и совершенствовать данную технологию.

Полвека в создании ионного двигателя

Понятие об электрической силовой установке присутствовало в течение 50 лет или более, но было сочтено слишком экспериментальным направлением, не способным взять на себя реализацию крупных проектов. Только теперь это направление начинает обретать реальные приложения. Например, для сохранения геостационарных спутников на правильной орбите, чтобы противостоять аэродинамическому сопротивлению в сильно разреженной атмосфере на высоте 200 км над поверхностью Земли. Или во время межпланетной миссии, такой как Deep Space 1- первой экспериментальной миссией, которая использовала ионные двигатели, чтобы изначально продемонстрировать возможности технологии в отношении астероида 9969 Braille и кометы Borrelly 15 лет назад, пишет «YAHOO».

Имелся и еще один проект со спутником, который в течение четырех лет до 2013 года изучал гравитационное поле Земли.

Ионный двигатель Мичиганского университета разрушает данные о мощности

— Новости от 13 марта 2018 года —

Ионные двигатели обещают блестящее будущее для освоения космоса. Их наибольшая сила заключается в низком потреблении топлива, а их самой большой слабостью является отсутствие у них силы. Таким образом, разработка мощного электродвигателя будет технологическим прорывом, который даст большое преимущество для изучения солнечной системы и, возможно, даже для ее колонизации. Команда Мичиганского университета работает с НАСА, чтобы разработать и испытать движок Холла под названием X3. Этот майнинг разрушил все рекорды власти и тяги. Он смог работать мощностью 102 киловатт для тяги 5,4 Ньютона. Он превосходит толчок рекордного движения Холла более чем на 60%.

Ионное движение является одной из возможностей, которые НАСА изучает для марсианского путешествия. В настоящее время X3 способен работать до ста киловатт. При использовании системы мощностью 500 киловатт или даже 1 мегаватта этот тип двигателей станет достаточно мощным, чтобы управлять жилыми миссиями за пределами лунной орбиты. Чтобы достичь большей мощности по сравнению с обычными двигателями Холла, Мичиганский университет разработал серию колец для направления плазмы. Рулевое управление довольно внушительное: почти метр в диаметре. Мы предполагаем, что если мы хотим умножить власть на десять, то мазут должен быть огромным. Чтобы X3 действительно проявил себя, он должен провести испытание на полную мощность в течение длительного времени. Ионное движение действительно интересно, только если низкая мощность компенсируется очень длинными длительностями. Таким образом, X3 будет проходить испытание в течение 100 часов в следующем году.

Следующим шагом будет интеграция X3 в дизайн, созданный компанией Aerojet Rocketdyne. Эта компания будет отвечать за проектирование системы электропитания и системы подачи ксенона для двигателя. В своей окончательной конструкции X3 должен иметь возможность работать до 200 киловатт и приводиться в действие солнечными батареями. Это основная трудность: 2500 квадратных метров солнечных панелей Международной космической станции (МКС) производят только 120 киловатт электроэнергии в наилучших условиях. Необходимая поверхность солнечной панели была бы огромной для космического корабля, чья двигательная система требует только 200 киловатт и к которой должны быть добавлены электрические потребности самой миссии.

Изображение NASA (Public Domain), Викискладе

источники

Миссии

Действующие миссии

• Artemis
• Dawn
• LISA Pathfinder (ЕКА) использует ионные двигатели в качестве вспомогательных для точного контроля высоты.

Завершённые миссии

• SERT (англ. Space Electric Rocket Test, рус. Тест Космического Электрического Двигателя — программа NASA, в которой на спутниках впервые был использован ионный двигатель)
• Deep Space 1
• Hayabusa (вернулся на Землю 13 июня 2010 года)
• Smart 1 (завершил миссию 3 сентября 2006 года, после чего был сведён с орбиты)
• GOCE (после исчерпания запасов рабочего тела сошёл с орбиты)

Планируемые миссии

• BepiColombo. ЕКА планирует использовать ионный двигатель в этой меркурианской миссии, наряду с гравитационными манёврами и химическим двигателем для перехода на орбиту вокруг Меркурия в качестве искусственного спутника.
• Международная космическая станция. По состоянию на март 2011 года планировалась доставка на МКС электромагнитного двигателя (VASIMR) Ad Astra VF-200 с мощностью в 200 кВт VASIMR. VF-200 представляет собой версию VX-200. Поскольку доступная электрическая мощность на МКС меньше 200 кВт, проект ISS VASIMR включал в себя систему батарей, которая накапливала энергию для 15 минут работы двигателя.
• Solar Orbiter.

Нереализованные миссии

Компьютерная модель Прометея-1

NASA ввело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В 2005 году программа была закрыта. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».

Проект Джефри Лэндиса

Geoffrey A. Landisru_en предложил проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что даёт некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом. В настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений — например, он потребует силы тяги от ионных двигателей в 1570 Н при нынешних 20—250 мН(по другим данным рекорд тяги у современных ионных двигателей 5,4 Н).

Примечания

Характеристики

Ионная линза постоянно бомбардируется небольшим количеством вторичных ионов и разрушается или стирается, что уменьшает КПД двигателя и срок службы. Ионным двигателям требуется возможность эффективной и непрерывной работы в течении многих дет. Для уменьшения разрушения было использовано несколько методов. Самым достойным внимания было изменение различных видов топлива. Атомы ртути или цезия использовались в качестве топлива при испытаниях в 1960-х и 1970-х годах, но они прилипали к решеткам и разрушали их. С другой стороны, атомы ксенона – гораздо менее коррозионные, что сделало их отличным топливом практически для всех типов ионных двигателя. НАСА продемонстрировало непрерывную работу двигателя «NSTAR» в течение 16 000 часов (1,8 года), а продолжающиеся испытания показывают превышение этого срока вдвое. Электростатические ионные двигатели также достигли удельного импульса в 30-100 кН*с/кг, что превышает показатели большинства других типов ионных двигателей. Также они разогнали ионы до скоростей, достигающих 100 км/с.

Ионный двигатель с сеткой

В январе 2006 года Европейское космическое агентство совместно с Австралийским национальным университетом, заявили об успешных испытаниях улучшенного электростатического ионного двигателя – «Dual-Stage 4-Grid», достигший скорости в 210 км/с, что вчетверо превышало достигнутые ранее показатели, что позволяет достигнуть удельного импульса в четыре раза больше. У стандартных электростатическим ионных двигателей есть всего две решетки – высокого и низкого напряжения соответственно, обе из которых занимаются добычей ионов и ускорением корабля. Однако, когда разница разрядов между этими решетками достигает примерно 5 кВ, некоторые из частиц, полученных из камеры, сталкиваются с решеткой низкого напряжения, разрушают ее и ставят под угрозу долговечность двигателя. Это ограничение успешно преодолевается при использовании двух пар сеток. Первая пара работает при высоком напряжении, создавая разницу потенциалов между сетками на уровне 3 кВ. Эта пара сеток отвечает за извлечение заряженных частиц топлива из газовой камеры. Вторая пара, работающая при низком напряжении, генерирует электрическое поле, ускоряющее выходящие наружу частицы и обеспечивающее тягу. Среди других преимуществ нового типа двигателя – более компактный дизайн, что позволяет вырабатывать более сильную тягу, и меньший угол выхода шлейфа выходящих газов в 3 градуса – показатель, как сообщается, в пять раз меньший, чем достигнутый ранее. Это уменьшает объем топлива, нужный для коррекции положения аппарата, из-за меньших колебаний в направлении вектора двигателем.

Новости

Немного физики или как это работает

Разные типы ракетных двигателей имеют существенные отличия в своей конструкции, но работа любого из них базируется на знаменитом третьем законе Ньютона, который гласит, что «каждому действию есть равное противодействие». РД выбрасывает струю рабочего тела в одном направлении, а сам, в соответствии с ньютоновским постулатом, движется в противоположную. Продукты сгорания топлива выходят через сопло, образуя тягу – это основы теории ракетных двигателей.

Главной характеристикой, определяющей эффективность подобных систем, является тяга (сила тяги). Она образуется в результате превращения исходной энергии в кинетическую реактивной струи рабочего тела. В метрической системе тяга ракетного двигателя измеряется в ньютонах, а американцы считают ее в фунтах.

Схема работы простейшего жидкостного ракетного двигателя

Еще одним важнейшим параметром ракетных двигателей является удельный импульс. Это отношение силы тяги (или количества движения) к расходу топлива в единицу времени. Данный параметр рассматривается в качестве степени совершенства того или иного РД, и является мерой его экономичности.

Химические двигатели работают за счет экзотермической реакции сгорания горючего и окислителя. Этот тип РД имеет две составные части:

• Сопло, в котором тепловая энергия преобразуется в кинетическую;
• Камеру сгорания, где происходит процесс горения, то есть превращения химической энергии топлива в тепловую.