В дальний космос на ионных двигателях

В дальний космос - энергией ионов.

Ионный двигатель - разновидность электрического ракетного двигателя. Его рабочим телом является ионизированный газ. Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем.

При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (выше 210 км/с по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии. Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка десятых долей ньютона). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в открытом космосе, при достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

Возьмём два электрода, подадим на них огромное напряжение. Расстояние между электродами много больше расстояния пробоя. Если один из электродов имеет острые углы или поверхности, то вокруг них мы будем видеть сине-фиолетовое свечение.

Такое свечение называется коронным и является одним из видов электрического разряда. Вызвано оно тем, что с острых краёв разностью потенциалов срывает электроны, и они, ионизируя воздух, вызывают свечение.

Европейское космическое агентство и Австралийский национальный университет успешно провели испытания нового поколения космических ионных двигателей, достигнув рекордных показателей.

Двигатели, в которых заряженные частицы ускоряются в электрическом поле — давно известны. Они применяются для ориентации, коррекции орбиты на некоторых спутниках и межпланетных аппаратах, а в ряде космических проектов (как уже осуществившихся, так и только задуманных — читайте тут. тут и тут ) — даже в качестве маршевых.

С ними специалисты связывают дальнейшее освоение Солнечной системы. И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге (граммы против килограммов и тонн), зато кардинально превосходят их в экономичности (расходе топлива на каждый грамм тяги за секунду). А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.

Так вот, в опытном двигателе, названном «Двухступенчатый с четырьмя решётками», построенном по контракту ESA в Австралии, скорость эта достигла рекордных 210 километров в секунду.

Это, к примеру, раз в 60 выше, чем скорость выхлопа у хороших химических двигателей, и в 4-10 раз больше, чем у прежних «ионников».

Как ясно из названия разработки, такая скорость достигнута двухступенчатым процессом разгона ионов при помощи четырёх последовательных решёток (вместо традиционных одной стадии и трёх решёток), а также высоким напряжением — 30 киловольт. Кроме того, расхождение выходного реактивного пучка составило всего 3 градуса, против примерно 15 градусов — у прежних систем.

Данный образец DS4G ещё не готов лететь в космос, но двигатели, созданные на его основе, позволят в будущем автоматическим аппаратам летать (и активно маневрировать) по всей Солнечной системе, используя необычайно малый запас топлива, что позволило авторам этого устройства обозвать его даже «ультраионным двигателем».

Демонстрационная модель ионного двигателя.

Возьмём два электрода, подадим на них огромное напряжение. Расстояние между электродами много больше расстояния пробоя. Если один из электродов имеет острые углы или поверхности, то вокруг них мы будем видеть сине-фиолетовое свечение.

Такое свечение называется коронным и является одним из видов электрического разряда. Вызвано оно тем, что с острых краёв разностью потенциалов срывает электроны, и они, ионизируя воздух, вызывают свечение.

Раз с поверхности металла срывает носители заряда, то создаётся некоторая реактивная тяга, так нельзя ли ее использовать? Можно. Для этого был изготовлен и отбалансирован электрод особой формы, с 2 остриями, направленными в разные стороны. Этот электрод был поставлен на острие иглы, на которую было подано напряжение. Как только мы подаём высокое напряжение (20 КВ 20 КГц, один электрод – земля, второй – опорная игла), с остриёв электрода срываются электроны, придавая небольшую реактивную силу, в результате чего электрод начинает вращаться.

... вроде «Звездных войн», нежели относящейся к реальному миру. А ведь ионные двигатели на самом деле используются в различных космических ...

Возможности ионного двигателя в космосе

С помощью ионного двигателя можно достичь гораздо большего удельного импульса. А это, в свою очередь, позволяет существенно уменьшить расход реактивной массы плазмы (ионизированного газа) по сравнению с расходом реактивной массы в ракетах «простого химического типа», что говорит о более высокой эффективности ионного двигателя.

Таким образом, ионный двигатель NEXT поставил рекорд и беспрерывно проработал около пяти лет. Поэтому ионные двигатели идеально подходят для устанавливание на исследовательские космические корабли, предназначенные изучать космос, в том числе и дальний.

Что касается ионного двигателя, то он представляет собой вариант электрического ракетного двигателя. Его рабочим телом является плазма – ионизированный газ, включающий обычно инертные газы (аргон, ксенон). Такие инертные газы, как гелий и неон вообще в химические реакции не вступают, а аргон, криптон, ксенон и радон учёные научились «заставлять» вступать в химические реакции, однако с большим трудом. В данном случае это не недостаток, а преимущество. Отдавая электроны, такие атомы (одноатомные молекулы) остаются свободными, не соединяются с другими в сложные молекулы и поэтому легки для разгона. Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа (у атомов газа отбираются внешние электроны, такие атомы становятся положительными ионами) и разгоне его электрическим (электростатическим) полем. Причём благодаря высокому отношению заряда к массе заряженных атомов (ионов) становится возможным разогнать эти ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей).

Ионный двигатель имеет очень простую конструкцию, а кроме того, он надёжен и эффективен. В обычном химическом двигателе реактивная тяга создаётся истекающей струёй газов, которая образуется при быстром окислении (сжигании) топлива. В ионном двигатели атомы рабочего тела (например, ксенона) заряжаются (ионизируются) путём отдачи внешних электронов, несущих отрицательный заряд, и разгоняются электростатическим полем.

И ещё один рекорд поставил Двигатель NEXT, имеющий мощность 7 киловатт. Он за время своей работы произвёл 30 миллионов ньютон-секунд общего импульса. Для химического ракетного двигателя такие показатели недоступны.

Источники: www.membrana.ru, how-make.ru, dic.academic.ru, direct-press.ru, istochnik-m.ucoz.ru

Проект «Голубой мозг»

Жизнь на Марсе

Мальтийские рыцари

Озеро Кок-Коль

Ключ к левитации

Москва - от прошлого к настоящему

Москва - столица России, современный мегаполис с 12 миллионов человек. Кроме постоянного населения коренным жителем, ежедневно в Москву прибывают тысячи ...


Джерсийский дьявол

Единого мнения по поводу происхождения Джерсийского дьявола нет. Но как бы не появилось это существо на свет, знатоки вопроса утверждали, ...


Муфты и надежная работа механизмов

Для каждого инженера-механика важно обеспечить все необходимые условия для работы оборудования. Когда все составляющие надежности полностью соответствуют заявленным требованиям, то в ...


Самые редкие породы собак

Причин того, что представителей той или иной породы собак осталось совсем малое количество может быть множество – начиная от распространения только ...


Пифагорейцы

Пифагорейцы представляли собой группу математиков-мистиков, действовавшую на территории Греции приблизительно в 350 г. до н.э. Пифагорейцы являются первым из известных нам ...


Город Фивы

Земле Кем древние греки дали имя Египет, что означает «загадка, тайна». Даже сегодня мы не знаем, как были построены Большая пирамида, ...


Обновление пластиковых окон

Некоторые основные функции вашего поставщика окон - это известить вас о качественных материалах, используемых при изготовлении створок, рамы и аппаратного обеспечения. ...


Какой материал и цвет выбрать для отделки ванной комнаты

Так как ванная комната место влажное, стены и пол в ней должны быть непроницаемыми для воды. Сегодня выбор отделочных материалов для ...


Артур и Ланселот

Наставник короля Британии Мерлин предвидел печальный исход брачного союза Артура и Гвиневры, но изменить ничего он не мог. Артур ...