Generelt. Forskning. Teknologi

Hvordan ionmotoren fungerer, og hvor den påføres

Forskere er kommet op eller forbereder sig på at komme medmange nye typer motorer til rumskibe. De mest dristige antagelser taler endda om en varpmotor, der skulle accelerere skibet til hastigheder flere gange højere end lysets hastighed på grund af rumets krumning i et kraftigt tyngdefelt. Indtil videre er dette kun science fiction, som snart kan blive et udsigter. Men ioniske motorer findes allerede og bruges endda. Allerede på dette tidspunkt kan de nå hastigheder, der er flere gange højere end dem, der tilbydes af traditionelle raketmotorer. Det er sandt, at de ikke kan sende en raket ud i rummet. Dette er modsigelserne. Men hvordan fungerer så ionmotoren, og hvorfor er det på dette tidspunkt virkelig fremtidens teknologi?

En sådan motor kan accelerere til meget høje hastigheder.

Indholdet

  • 1 Sådan fungerer ionmotoren
  • 2 Fordele ved en ionmotor til et rumskib
  • 3 Ulemper ved ionmotorer
  • 4 Hvor bruges ionmotorer?
  • 5 Da ionmotoren blev opfundet

Sådan fungerer ionmotoren

Princippet for ionmotoren er enkel og kompleks på samme tid. Det består i ionisering af gas, som accelereres af et elektrostatisk felt for at opnå jet fremdrift og acceleration af et rumfartøj i henhold til Newtons tredje lov.

En sådan motors brændstof eller arbejdsvæskeer en ioniseret inert gas (helium, argon, neon, xenon, krypton, oganeson, radon). Imidlertid bør ikke alle inerte gasser bruges som brændstof, derfor vælges forskerne og forskernes valg som regel på xenon. Brugen af ​​kviksølv betragtes også som arbejdsvæske i ionmotoren.

Under motorens driften blanding af negative elektroner og positive ioner. Da elektroner er et biprodukt, skal de filtreres. For at gøre dette indføres et rør med katodegitter i kammeret, så det tiltrækker elektroner til sig selv.

Positive ioner, tværtimod, tiltrækkes afudsugningssystem. Derefter accelereres de mellem gitre, hvis forskel i elektrostatiske potentialer er cirka 1.200 volt og kastes som en jetstrøm i rummet.

Skematisk gengivelse af ionmotorens drift.

Elektronerne, der falder i katodefældenskal fjernes fra skibet, så det opretholder en neutral ladning, og de udkastede ioner ikke tiltrækkes tilbage, hvilket reducerer installationens effektivitet. Elektroner skubbes ud gennem en separat dyse i en lille vinkel til ionstrømmen. Hvad der sker i deres interaktion efter at have forladt motoren er ikke så vigtigt, fordi de ikke forstyrrer skibets bevægelse.

Fordele ved ionmotoren til et rumskib

Joner ved motorens udgang accelererer til meget høje hastigheder. På det maksimale de kan nå 210 km / s. På samme tid er kemiske raketmotorer ikke i stand til at nå 10 km / s, idet de ligger i intervallet 3-5 km / s.

Sådan fungerer den mest avancerede raketmotor. Men ikke ionisk.

I vores Telegram-chat taler alle om warp-motoren, men lad os først beskæftige os med ion.

Evnen til at opnå stort specifiktpuls kan reducere forbruget af reaktiv masse af ioniseret gas meget sammenlignet med den samme indikator for traditionelt kemisk brændstof. Og alligevel kan ionmotoren køre kontinuerligt i mere end tre år. Den energi, der er nødvendig for at ionisere brændstoffet taget fra solcellepaneler - i rummet er der ingen problemer med dette.

Hvis der ikke er nogen steder at skynde sig med acceleration, vil ionmotoren være en fantastisk mulighed.

Ulemper ved ionmotorer

Mulighed for kontinuerlig drift af ionMotoren er meget vigtig, da den ikke er i stand til at udvikle højt kraft og øjeblikkeligt accelerere skibet til høje hastigheder. I de nuværende implementeringer når drivkraften fra ionmotorer næppe 100 millinewton.

På grund af en sådan designfunktion, i det mindste for nu, sådan en motor gør det umuligt at starte fra en anden planetselvom hun har meget lidt tyngdekraft.

Det viser sig at brugen af ​​sådanne motorer til lange ture er endnu ikke mulig uden traditionelle kemiske trækkraftbrændstof. Men deres fælles anvendelse tillader meget mere fleksibel anvendelse af acceleration. For eksempel på grund af en konventionel motor for at accelerere enheden til en lavere hastighed og derefter accelerere endnu mere på grund af ionmotoren.

Det er umuligt at erobre dybt rum uden nye teknologier.

Faktisk er lavt træk i øjeblikketden største ulempe ved sådanne motorer, men forskere arbejder i denne retning og vil i fremtiden øge sin styrke, da der allerede er opnået nogle fremskridt.

NASA: Rusland vil kunne sende sine astronauter ud i rummet på Crew Dragon

En anden, omend ikke så betydelig,problemet er pålidelighed. Generelt er ioniske motorer ret pålidelige, men du skal forstå, at deres opgave er at tage enheden meget langt og meget hurtigt. Det vil sige, han skal arbejde i lang tid for ikke at bringe hele missionen i fare. Mens arbejdet pågår for at øge kapaciteten, prøver udviklerne derfor ikke at glemme pålideligheden.

Hvor bruges ionmotorer?

Du tror måske, at ionmotorerfindes kun på papir og i laboratorier, men det er ikke tilfældet. De er allerede blevet brugt i mindst syv afsluttede missioner og er brugt i mindst fire aktive.

Inkluderet sådanne motorer bruges som en del afBepiColombo-missionen blev lanceret den 20. oktober 2018. Denne Mercury-mission bruger 4-ion-motorer med en samlet effekt på 290 millinewtons. Derudover er apparatet udstyret med en kemisk motor. Begge af dem, i kombination med tyngdekraftmanøvrer, bør sikre skibets udgang til bane for Merkur som en kunstig satellit.

Rumfartøj BepiColombo.

Brugen af ​​disse motorer er ikke til hinder for Ilon Mask i sit Starlink-program, på grund af disse motorer skal skibet udføre små manøvrer og undgå pladsrester.

Nu er det planlagt at levere til ISS ion-trækkraftinstallation, som giver dig mulighed for at kontrollere stationens position i automatisk tilstand. Dets strøm vælges baseret på stationens tilgængelige elektriske strøm. For større pålidelighed er det også planlagt at levere batterier, der giver 15 minutters batteritid.

Astronomer har opdaget en ny type eksplosioner i rummet

Men det mest usædvanlige projekt var Prometheus. Skibet inden for rammerne af dette projekt blev planlagt sendt til Jupiter med en hastighed på 90 km / s. Skibets ionmotor skulle køre på en atomreaktor, men på grund af tekniske vanskeligheder blev projektet afsluttet i 2005.

Da ionmotoren blev opfundet

På trods af udsigterne til ionmotoren blev den første gang dens koncept blev foreslået tilbage i 1917 af Robert Goddard. Først efter næsten 40 år ledsaget Ernst Stühlinger konceptet med de nødvendige beregninger.

Robert Goddard

I 1957 blev en artikel af Alexei Morozov offentliggjort undertitlen “På plasmaacceleration med et magnetfelt”, hvor han beskrev alt så detaljeret som muligt. Dette gav drivkraft for udviklingen af ​​teknologi, og allerede i 1964 på det sovjetiske apparat ”Zond-2” var der en sådan motor til manøvrer i kredsløb.

Det første rumfartøj med en ionmotor.

Faktisk er ionmotoren den førsteelektrisk rummotor, men den måtte videreudvikles og forbedres. Dette blev udført i mange år, og i 1970 blev der gennemført en test for at demonstrere effektiviteten af ​​den langsigtede drift af kviksølv-elektrostatiske motorer i rummet. Den lave effektivitet, der derefter blev vist, og det lave drivkraft i lang tid afskaffede den amerikanske rumindustris ønske om at bruge sådanne motorer.

Forskere har fanget et andet signal fra rummet, men nu gentages det regelmæssigt

I USSR fortsatte udviklingen selv efter dette.tid. Både europæiske og amerikanske rumfartsbureauer er vendt tilbage til denne idé. Nu pågår forskning, og motorprøverne, der er sat i bane, selvom de muligvis ikke er det vigtigste trækkontrolelement, gennemgår en "slagprøve". De indsamlede oplysninger øger effekten af ​​ionmotoren. Ifølge forskellige kilder var det muligt at øge drivkraften for den mest kraftfulde motor af denne art til mere end 5 N. Hvis dette er tilfældet, er alt virkelig ikke forgæves.