Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Іонний двигун



План:


Введення

Випробування іонного двигуна на ксеноні
Іонний двигун NSTAR американської АМС Deep Space 1

Іонний двигун - різновид електричного ракетного двигуна. Його робочим тілом є іонізований газ ( аргон, ксенон...).


1. Історія

Принцип іонного двигуна досить давно відомий і широко представлений у фантастичній літературі, комп'ютерних іграх і кінематографі, але для космонавтики став доступний тільки останнім часом.

В 1960 був побудований перший функціонуючий широко-променевої (broad-beam) іонний електростатичний двигун (створений в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 - перша успішна суборбітальний демонстрація іонного двигуна (SERT I) тест на здійснимість нейтралізації іонного променя в космосі.

В 1970 - випробування на тривалу роботу ртутних іонних електростатичних двигунів в космосі (SERT II). З 1970-х років іонні двигуни на ефекті Холла використовувалися в СРСР як навігаційних двигунів (двигуни SPT-60 використовувалися в 1970-х роках на " Метеорах ", SPT-70 на супутниках" Космос "і" Луч "в 1980-х, SPT-100 в ряді супутників в 1990-х).

В якості основного ( маршового) двигуна іонний двигун був вперше застосований на космічному апараті Deep Space 1 (перший запуск двигуна 10 листопада 1998). Наступними апаратами стали європейський місячний зонд Смарт-1, запущений 28 вересня 2003, і японський апарат Хаябуса, запущений до астероїда в травні 2003.

Наступним апаратом NASA, що володіє маршовими іонними двигунами, стала (після ряду заморожувань і відновлення робіт) АМС Dawn, яка стартувала 27 вересня 2007. Dawn призначається для вивчення Вести і Церери, і несе три двигуни NSTAR, успішно випробуваних на Deep Space 1.

Європейське Космічне Агентство встановило іонний двигун на борту супутника GOCE, запущеного 17 березня 2009 на над-низьку навколоземну орбіту висотою всього близько 260 км. Іонний двигун створює в постійному режимі імпульс, що компенсує атмосферний тертя та інші негравітаціонние впливу на супутник.


2. Принцип дії

Принцип роботи двигуна полягає в іонізації газу і його розгоні електростатичним полем. При цьому, завдяки високому відношенню заряду до маси, стає можливим розігнати іони до дуже високих швидкостей (аж до 210 км / с [1] у порівнянні з 3-4,5 км / с у хімічних ракетних двигунів). Таким чином, в іонному двигуні можна досягти дуже великого питомої імпульсу. Це дозволяє значно зменшити витрату реактивної маси іонізованого газу в порівнянні з витратою реактивної маси в хімічних ракетах, але вимагає великих витрат енергії.

В існуючих реалізаціях для підтримки роботи двигуна використовуються сонячні батареї. Але для роботи в далекому космосі такий спосіб неприйнятний. Тому вже зараз для цих цілей іноді використовуються ядерні установки.

Джерелом іонів служить газ, як правило це аргон або водень, бак з газом коштує на самому початку двигуна, звідти газ подається у відсік іонізації, виходить холодна плазма, яка розігрівається в наступному відсіку за допомогою іонного циклотронного резонансного нагріву. Після нагріву, високоенергетична плазма подається в магнітне сопло, де вона формується в потік за допомогою магнітного поля, розганяється і викидається в навколишнє середовище. Таким чином досягається тяга.

З тих пір плазмові двигуни пройшли великий шлях і розділилися на кілька основних типів, це електротермічні двигуни, електростатичні двигуни, сільноточние або магнітодинамічних двигуни й імпульсні двигуни. У свою чергу електростатичні двигуни діляться на іонні та плазмові (прискорювачі часток на квазинейтральной плазмі).

Іонний двигун використовує в якості палива ксенон або ртуть. Перший іонний двигун називався сітчастий електростатичний іонний двигун. В іонізатор подається ксенон, який сам по собі нейтральний, але при бомбардування високоенергетичними електронами іонізується. Таким чином в камері утворюється суміш з позитивних іонів і негативних електронів. Для "відфільтровування" електронів в камеру виводиться трубка з катодними сітками, яка притягує до себе електрони.

Позитивні іони притягуються до системи вилучення, що складається з 2 або 3 сіток. Між сітками підтримується велика різниця електростатичних потенціалів (+1090 вольт на внутрішній проти - 225 на зовнішньої). В результаті попадання іонів між сітками, вони розганяються і викидаються в простір, прискорюючи корабель, відповідно до третього закону Ньютона. Електрони, спіймані в катодну трубку викидаються з двигуна під невеликим кутом до сопла і потоку іонів. Це робиться з двох причин:

  • щоб корпус корабля залишався нейтрально зарядженим;
  • щоб іони "нейтралізовані" таким чином не притягувалися назад до корабля.

Щоб іонний двигун працював потрібні всього 2 речі - газ і електрику.

Недолік двигуна в його нинішніх реалізаціях - дуже слабка тяга (порядку 50-100 мілліньютонов). Таким чином, немає можливості використовувати іонний двигун для старту з планети, але, з іншого боку, в умовах невагомості, при досить довгій роботі двигуна є можливість розігнати космічний апарат до швидкостей, недоступних зараз ніяким іншим з існуючих видів двигунів.


3. Перспективи

Іонний двигун з ядерним реактором має невелике прискорення, що робить його непридатним для міжзоряного польоту [2] [3].

3.1. Діючі місії

  • SERT
  • Deep Space 1
  • Artemis
  • Hayabusa
  • Smart 1
  • Dawn
  • GOCE

3.2. Плановані місії

BepiColombo

ЕКА планує використовувати іонний двигун в меркуріанський місії BepiColombo. Він базуватиметься на двигуні, заснованому на Смарт-1, але стане більш потужним (запуск намічений на 2011 - 2012).

GSAT-4
LISA Pathfinder
Міжнародна космічна станція

3.3. Нереалізовані проекти

NASA вело проект "Прометей", для якого розроблявся потужний іонний двигун, який живиться електрикою від бортового ядерного реактора. Передбачалося, що такі двигуни в кількості восьми штук могли б розігнати апарат до 90 км / с. Перший апарат цього проекту Jupiter Icy Moons Explorer планувалося відправити до Юпітеру в 2017, однак розробка цього апарату була припинена в 2005 через технічні складнощі. В даний час йде пошук більш простого проекту АМС для першого випробування за програмою "Прометей".


Примітки

  1. Випробувано рекордний іонний двигун - www.membrana.ru/particle/9566 (html). membrana.ru. Статичний - www.webcitation.org/61B8iMv2P з першоджерела 24 серпня 2011.
  2. Project Daedalus - Origins - web.archive.org/web/20091026192110/http :/ / geocities.com/televisioncity/2049/DAEDALUS.HTM
  3. переклад А.Семенова. Засідання товариства шляхетних джентельменів - go2starss.narod.ru/sem/S016_zased.html

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Іонний радіус
Фокусованої іонний пучок
Літій-іонний акумулятор
Маршовий двигун
Двигун Toyota JZ
Турбогвинтовий двигун
Лінійний двигун
Фотонний двигун
Тепловий двигун
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru