opći, istraživanje, tehnologija

Kako djeluje ionski motor i gdje se primjenjuje

Znanstvenici su smislili ili se pripremajumnogo novih vrsta motora za svemirske brodove. Najslavnije pretpostavke govore čak i o warp motoru, koji bi trebao ubrzati brod do brzine nekoliko puta veće od brzine svjetlosti zbog zakrivljenosti prostora u moćnom gravitacijskom polju. Za sada je to samo znanstvena fantastika koja bi uskoro mogla postati perspektiva. Ali ionski motori već postoje i čak se koriste. Već u ovoj fazi mogu postići brzine nekoliko puta veće od onih koje nude tradicionalni raketni motori. Istina, ne mogu raketu poslati u svemir. To su kontradikcije. Ali kako onda djeluje ionski motor i zašto je to uistinu tehnologija budućnosti?

Takav motor može ubrzati do vrlo velikih brzina.

Sadržaj

  • 1 Kako djeluje ionski motor
  • 2 Prednosti ionskog motora za svemirski brod
  • 3 Nedostaci ionskih motora
  • 4 Gdje se koriste ionski motori?
  • 5 Kad je izumljen ionski motor

Kako djeluje ionski motor

Princip ionskog motora istodobno je jednostavan i složen. Sastoji se u ionizaciji plina, koje se ubrzava elektrostatičkim poljem za dobivanje mlaznog pogona i ubrzanje svemirskog broda prema Newtonovom trećem zakonu.

Gorivo ili radna tekućina takvog motoraje ionizirani inertni plin (helij, argon, neon, ksenon, kripton, oganeson, radon). Međutim, ne treba koristiti sve inertne plinove kao gorivo, stoga u pravilu izbor znanstvenika i istraživača pada na ksenon. Također se razmatra i upotreba žive kao radnog medija ionskog motora.

Tijekom rada motora,mješavina negativnih elektrona i pozitivnih iona. Budući da su elektroni nusprodukt, moraju se filtrirati. Da biste to učinili, cijev s katodnim mrežama uvodi se u komoru tako da privlači elektrone u sebe.

Nasuprot tome, privlače ih pozitivni ionisustav ekstrakcije. Zatim se ubrzavaju između rešetki, čija je razlika u elektrostatskim potencijalima otprilike 1200 volti i izbačeni su u prostor kao mlazni tok.

Shematski prikaz rada ionskog motora.

Elektroni koji upadaju u katodni zamkumoraju se ukloniti s broda tako da zadrži neutralni naboj, a izbačeni ioni se ne privlače natrag, što smanjuje učinkovitost instalacije. Elektroni se izbacuju kroz zasebnu mlaznicu pod malim kutom prema struji iona. Dakle, ono što se događa u njihovoj interakciji nakon napuštanja motora nije toliko važno, jer se oni ne miješaju u kretanje broda.

Prednosti ionskog motora za svemirski brod

Ioni na izlazu motora ubrzavaju do vrlo velike brzine. U svom maksimumu mogu dostići 210 km / s, Istodobno, kemijski raketni motori ne mogu dostići brzinu od 10 km / s i nalaze se u rasponu od 3-5 km / s.

Kako djeluje najnapredniji raketni motor. Ali ne jonski.

U našem Telegram chatu svi pričaju o warp motoru, no prvo se pozabavimo ionom.

Sposobnost postizanja velikog specifičnogpuls može uvelike smanjiti potrošnju jalove mase ioniziranog plina u usporedbi s istim pokazateljem za tradicionalno kemijsko gorivo. Pa ipak, ionski motor može kontinuirano raditi više od tri godine. Energija potrebna za ionizaciju goriva preuzeto sa solarnih panela - Nema problema s tim u svemiru.

Ako se s ubrzanjem nema kamo požuriti, tada će ionski motor biti sjajna opcija.

Nedostaci ionskih motora

Mogućnost kontinuiranog rada ionaMotor je vrlo važan, jer nije u stanju razviti visoki potisak i odmah ubrzati brod do velikih brzina. U trenutačnim izvedbama potisak ionskih motora jedva doseže 100 milwwton.

Zbog takve dizajnerske osobine, barem zasad, takav motor onemogućuje pokretanje s drugog planetačak i ako ima vrlo malo gravitacije.

Ispostavilo se da upotreba takvih motora za duga putovanja još nije moguća bez tradicionalnih kemijskih vučnih jedinicagorivo. No, njihova će zajednička uporaba omogućiti mnogo fleksibilnije korištenje ubrzavanja. Na primjer, zbog uobičajenog motora, ubrzati uređaj na nižu brzinu, a zatim još brže ubrzati zahvaljujući ionskom motoru.

Osvajanje dubokog prostora bez novih tehnologija je nemoguće.

Zapravo je trenutno niski potisakglavni je nedostatak takvih motora, ali znanstvenici rade u tom smjeru i u budućnosti će povećati njegovu snagu, jer je već postignut određeni napredak.

NASA: Rusija će moći poslati svoje astronaute u svemir na Crew Dragon

Još jedan, iako ne toliko značajan,problem je pouzdanost. Općenito, ionski motori su prilično pouzdani, ali morate shvatiti da je njihov zadatak odvesti uređaj vrlo daleko i vrlo brzo. Odnosno, on mora dugo raditi kako ne bi ugrozio čitavu misiju. Stoga, dok su u tijeku radovi na povećanju kapaciteta, programeri pokušavaju ne zaboraviti na pouzdanost.

Gdje se koriste ionski motori?

Možda mislite da su ionski motoripostoje samo na papiru i u laboratorijima, ali to nije tako. Već su korišteni u najmanje sedam završenih misija i koriste se u najmanje četiri aktivne.

Uključujući takve motore koriste se kao dioMisija BepiColombo pokrenuta je 20. listopada 2018. godine. U ovoj misiji Merkura koriste se 4 ionska motora ukupne snage 290 milinewtona. Pored toga, aparat je opremljen kemijskim motorom. Oboje bi u kombinaciji s gravitacijskim manevrima trebalo osigurati izlaz broda u orbitu Merkura kao umjetni satelit.

Svemirski brod BepiColombo.

Korištenje ovih motora nije naklonjeno Ilonu Musku u njegovom programu Starlink, zbog tih motora brod bi trebao izvoditi male maneure i izbjegavati svemirske naplavine.

Sada se planira isporučiti na ISS ionsku vučuinstalacija koja će vam omogućiti kontrolu položaja postaje u automatskom načinu rada. Njegova se snaga bira na temelju raspoložive električne snage stanice. Za veću pouzdanost planira se isporučiti i baterije koje će osigurati 15 minuta trajanja baterije.

Astronomi su otkrili novu vrstu eksplozija u svemiru

Ali najneobičniji projekt bio je Prometej. Brod je u okviru ovog projekta trebao biti upućen na Jupiter brzinom od 90 km / s. Brodski ionski motor trebao bi raditi na nuklearnom reaktoru, ali zbog tehničkih poteškoća projekt je zatvoren 2005. godine.

Kad je izumljen ionski motor

Unatoč izgledima ionskog motora, prvi put je njegov koncept predložio 1917. godine Robert Goddard. Tek nakon gotovo 40 godina, Ernst Stühlinger pratio je koncept potrebnim proračunima.

Robert Goddard

1957. objavljen je članak Alekseja Morozova podnaslov „O ubrzanju plazme magnetskim poljem“, u kojem je opisao sve što je moguće detaljnije. To je potaknulo razvoj tehnologije i već 1964. godine na sovjetskom aparatu "Zond-2" u orbitu je postojao takav motor za manevar.

Prva svemirska letjelica s ionskim motorom.

Zapravo je ionski motor prvielektrični svemirski motor, ali ga je trebalo poboljšati i poboljšati. To se radilo dugi niz godina, a 1970. godine proveden je test koji je pokazao učinkovitost dugotrajnog rada elektrostatičkih motora ionske žive u svemiru. Tada prikazana niska učinkovitost i niski potisak dugo su odbijali želju američke svemirske industrije da koristi takve motore.

Znanstvenici su uhvatili još jedan signal iz svemira, ali sada se to redovito ponavlja

U SSSR-u se razvoj nastavio i nakon toga.vrijeme. I europske i američke svemirske agencije vratile su se ovoj ideji. Sada su istraživanja u tijeku, a uzorci motora koji su stavljeni u orbitu, iako možda nisu glavni element kontrole vuče, prolaze se “borbeni test”. Prikupljene informacije povećati će snagu ionskog motora. Prema različitim izvorima, bilo je moguće povećati potisak najmoćnijeg takvog motora na više od 5 N. Ako je to tako, onda sve stvarno nije uzalud.