Din ciclopedie
Motorul pe bază de ioni este o versiune practică a unui motor cu rachete electrice [1]. Un dezavantaj al propulsorului ion este forța de tracțiune mică (de exemplu accelerare a navei spațiale la greutatea autovehiculului de 0 la 100 km / h necesită două zile de funcționare continuă a motorului de ioni), care nu pot fi crescute din cauza limitărilor de încărcare spațiu, cu toate acestea, o operațiune de timp a motorului ionic (perioada maximă de continuă munca celor mai moderne eșantioane de motoare ionice este mai mare de trei ani) permite o lungă perioadă de timp pentru accelerarea unei nave spațiale de mică greutate la viteze decente [1]. Domeniul de aplicare: controlul orientării și poziției pe orbită a sateliților Pământului artificial și a motorului principal de tracțiune al unei stații spațioase automate mici [1]. Caracteristicile motorului ionic: consum de putere 1-7 kW, debit 20-50 km / s, forță 20-250mN, randament 60-80% [1]. Organismul său de lucru este gazul ionizat (xenon de argon, etc.).
motor Ion este acum un record de non-gravitaționale accelerație deținută nave spațiale în spațiu fără utilizarea - Deep Space 1 a fost capabil de a crește viteza cu 4,3 km / s, folosind până 74 de kilograme de xenon (dar acest record de viteză va fi în scurt timp depășită cu 10 km / sec Spațiu aparatul Dawn) [1]. În laboratorul american de propulsie cu jet, motoarele ionice au fost create capabile să funcționeze continuu pentru mai mult de 3 ani. Cu toate acestea, motorul cu ioni nu este cel mai promițător tip de sistem de propulsie electrică. astfel că această înregistrare de viteză va fi probabil depășită de către motorul Hall sau cu magnetoplasmodinamică [1].
Schema de acțiune a motorului cu ioni
aplicate în practică
[edit] Istorie
Principiul ion-drive este cunoscut de mult timp și este reprezentat pe scară largă în literatura de fantezie, jocurile pe calculator și cinema, dar pentru cosmonautică a fost disponibilă doar recent. Cu toate acestea, motorul real de ioni în ceea ce privește forța a fost mult mai rău decât modelele fantastice [1].
Motorul prototip ionic a fost creat în 1917 de Robert Goddard, iar în 1954 Ernst Stülinger a îmbunătățit caracteristicile motorului ionic [1].
În 1960, a fost construit primul motor electrostatic cu un fascicul luminos cu rază lungă de acțiune (creat în SUA în Centrul de Cercetare Lewis al NASA). În 1964 - prima demonstrație suborbitală cu succes a testului motorului ionic (SERT I) [1] pentru fezabilitatea neutralizării unui fascicul de ioni în spațiu.
[edit] Principiul de funcționare
Teste ale motorului ionic pe xenon
Principiul motorului este de a ioniza gazul și de a-l dispersa cu un câmp electrostatic. În acest caz, datorită sarcinii ridicat la raport de masă, devine posibil să se disperseze ioni la viteze foarte mari (până la 210 km / s [3], comparativ cu 3-4,5 km / s la motoarele de rachete chimice). Astfel, în motorul ionic se poate obține un impuls specific foarte mare. Acest lucru face posibilă reducerea semnificativă a consumului de masă reactivă a gazului ionizat în comparație cu masa reactivă în rachetele chimice, dar necesită o cheltuială mare de energie.
În aplicațiile existente, bateriile solare sunt utilizate pentru a susține funcționarea motorului. Dar această metodă este inacceptabilă pentru a lucra în spațiul cosmic. Prin urmare, chiar și acum instalațiile nucleare sunt uneori utilizate în aceste scopuri.
Sursa de ioni este un gaz, este de obicei argon sau hidrogen, cu rezervorul de gaz este la începutul motorului, gaz de acolo este alimentat în camera de ionizare, se obține plasma rece, care este încălzit în următorul compartiment prin încălzire ion ciclotron rezonanță. După încălzire, plasmă de mare putere este introdusă în duza magnetică, unde este transformată într-un flux prin intermediul unui câmp magnetic, accelerat și eliberat în mediul înconjurător. În acest fel, se obține tracțiunea.
De atunci, motoarele cu plasmă au parcurs un drum lung și au fost împărțite în mai multe tipuri de bază, cum ar fi motoarele electrotermale, motoarele electrostatice, motoarele cu curent ridicat sau magnetodinamice și motoarele cu impulsuri. La rândul lor, motoarele electrostatice sunt împărțite în ioni și plasmă (acceleratoare de particule pe o plasmă quasineutrală).
Motorul pe bază de ioni utilizează xenon sau mercur drept carburant. Primul motor ionic a fost denumit motor cu ioni electrostatici prin plasă. Ionizatorul este alimentat cu xenon, care în sine este neutru, dar ionizat prin bombardament cu ajutorul unor electroni cu energie înaltă. Astfel, în cameră se formează un amestec de ioni pozitivi și de electroni negativi. Pentru a "îndepărta" electronii în cameră, este tras un tub cu ochiuri catodice, care atrage electroni în sine.
Ionii pozitivi sunt atrași de sistemul de extracție format din 2 sau 3 grile. Între rețele este menținută o mare diferență în potențialele electrostatice (+1090 volți pe interior față de 225 în exteriorul). Ca rezultat al pătrunderii ionilor între grile, ele sunt accelerate și expediate în spațiu, accelerând nava conform celei de-a treia legi a lui Newton. Electronii prinși în tubul catodic sunt evacuați din motor la un unghi ușor față de duza și fluxul de ioni. Acest lucru se întâmplă din două motive:
- că nava navei rămâne încărcată în mod neutru;
- astfel încât ionii "neutralizați" în acest fel nu sunt atrași de navă.
Pentru a face motorul cu ioni să funcționeze - aveți nevoie doar de 2 lucruri: gaz și electricitate.
Neajunsul motorului în implementările sale curente este o tragere foarte slabă (aproximativ 50-100 milioane de unu). Astfel, nu există nici o modalitate de a folosi motorul ionic pentru a porni de pe planetă. dar, pe de altă parte, în condiții de greutate. cu o funcționare suficient de lungă a motorului, este posibil să accelerați nava spațiale la viteze care nu sunt disponibile acum de nici unul dintre celelalte tipuri existente de motoare. Cu toate acestea, a dezvoltat mai multe tipuri sofisticate și puternice de propulsie electrică (Hall și magnitoplazmodinamichesky) mai mare decât cel mai mare motor de tracțiune de ioni și, prin urmare, rata de nave spațiale finit [1].
[edit] Misiuni
[edit] Misiuni eficiente
Motor Ionic NSTAR American AMC Deep Space 1
[modifică] Misiuni planificate
Stația spațială internațională GSAT-4 LISA Pathfinder
[modifică] Misiuni nerealizate
[edit] Proiecte viitoare
Acolo proiect sonda interstelară cu un motor de ioni, care primesc energie printr-un laser de la o stație de bază, care oferă un avantaj asupra pur naviga spațiu (dar proiect activ în prezent nefezabile din cauza constrângerilor tehnice) [4].
[edit] Motorul ionic în ficțiune
În Star Wars, motorul ionic economic accelerează până la o treime din viteza luminii și este utilizat pentru deplasarea în spațiu obișnuit la distanțe mici (de exemplu în cadrul sistemului planetar) [5].
[edit] Vezi, de asemenea
[edit] Surse
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: