Ионный двигатель создает возможность разогнать космический аппарат в условиях невесомости до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих типов космических двигателей.
Ионный двигатель
Ионный двигатель — отработанная на практике разновидность электрического ракетного двигателя 1 . Недостатком ионного двигателя является малая тяга (например разгон космического аппарата с весом автомобиля от 0 до 100 км/ч требует двух суток непрерывной работы ионного двигателя), которую невозможно увеличить из-за ограничений объемного заряда, однако продолжительное время функционирования ионного двигателя (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трех лет) позволяет за длительный промежуток времени разогнать космический аппарат небольшого веса до приличных скоростей 1 . Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли и главный тяговый двигатель небольшой автоматической космической станции 1 . Характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1-7 кВт, скорость истечения 20-50 км/с, тяга 20-250мН, КПД 60-80 % 1 . Его рабочим телом является ионизированный газ (аргон, ксенон и т. п.).
Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе без использования — Deep Space 1 смог увеличить скорость на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона (но этот рекорд скорости в ближайшее время будет превзойден на 10 км/с космическим аппаратом Dawn) 1 . В американской лаборатории реактивного движения созданы ионные двигатели, способные непрерывно работать более 3 лет. Однако ионный двигатель не является самым перспективным типом электроракетного двигателя, поэтому данный рекорд скорости скорее всего будет превзойден холловским или магнитоплазмодинамическим двигателем 1 .
Схема действия ионного двигателя
| Состояние | применяется на практике |
| Потребляемая мощность | 1-7 кВт |
| Скорость истечения | 20-50 км/с |
| Тяга | 20-250мН |
| КПД | 60-80 % |
| Применение | управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли; главный тяговый двигатель небольшой автоматической космической станции |
СодержаниеПринцип ионного двигателя довольно давно известен и широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время. Однако реальный ионный двигатель по величине тяги оказался намного хуже фантастических моделей 1 . Прообраз ионного двигателя был создан в 1917 году Робертом Годдардом, а в 1954 году Эрнст Штулингер улучшил характеристики ионного двигателя 1 . В 1960 году был построен первый функционирующий широко-лучевой (broad-beam) ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 году — первая успешная суборбитальная демонстрация ионного двигателя (SERT I) 1 тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе. В 1970 году — испытание на длительную работу ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 1970-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР в качестве навигационных двигателей (двигатели СПД-60 использовались в 1970-х годах на «Метеорах», СПД-70 на спутниках «Космос» и «Луч» в 1980-х, СПД-100 в ряде спутников в 1990-х). 2 В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 1 (первый запуск двигателя 10 ноября 1998). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003. Следующим аппаратом NASA, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначается для изучения Весты и Цереры, и несет три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1. Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверх-низкую околоземную орбиту высотой всего около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник.
Как работает ионный двигательПринцип работы ионного двигателя простой и сложный одновременно. Он заключается в ионизации газа, который разгоняется электростатическим полем для получения реактивной тяги и разгона космического корабля согласно третьему закону Ньютона. Топливом или рабочим телом такого двигателя является ионизированный инертный газ (гелий, аргон, неон, ксенон, криптон, оганесон, радон). Впрочем, не все инертные газы стоит использовать в качестве топлива, поэтому, как правило, выбор ученых и исследователей падает на ксенон. Также рассматривается вариант использования ртути в качестве рабочего тела ионного двигателя Во время работы двигателя в камере образуется смесь из отрицательных электронов и положительных ионов. Так как электроны являются побочным продуктом, их надо отфильтровать. Для этого в камеру вводится трубка с катодными сетками для того, чтобы она притягивала к себе электроны. Положительные ионы, наоборот, притягиваются к системе извлечения. После чего разгоняются между сетками, разница электростатических потенциалов которых составляет примерно 1 200 Вольт, и выбрасываются в качестве реактивной струи в пространство.
Схематичное изображение работы ионного двигателя. Электроны, которые попали в катодную ловушку, должны быть удалены с борта корабля, чтобы он сохранял нейтральный заряд, а выброшенные ионы не притягивались обратно, снижая эффективность установки. Выброс электронов осуществляется через отдельное сопло под небольшим углом к струе ионов. Таким образом, что произойдет в их взаимодействии после покидания двигателя, уже не так важно, ведь они не мешают движению корабля. Преимущества ионного двигателя для космического корабляИоны на выходе из двигателя разгоняются до очень высоких скоростей. В своем максимуме они могут достигать 210 км/с. При этом, химические ракетные двигатели не способны достигать и 10 км/с, находясь в диапазоне 3-5 км/с. В нашем Telegram-чате все говорят про варп-двигатель, но давайте сначала с ионным разберемся. Возможность достижения большого удельного импульса позволяет очень сильно сократить расход реактивной массы ионизированного газа в сравнении с аналогичным показателем для традиционного химического топлива. А еще, ионный двигатель может непрерывно работать более трех лет. Энергия, которая нужна для ионизации топлива берется от солнечных батарей — в космосе с этим проблем нет.
Если спешить с ускорением некуда, то ионный двигатель станет отличным вариантом.
ПерспективыИонный двигатель с ядерным реактором имеет небольшое ускорение, что делает его непригодным для межзвездного полета 3 4 . Действующие миссии
Планируемые миссииЕКА планирует использовать ионный двигатель в меркурианской миссии BepiColombo. Он будет базироваться на двигателе, основанном на Смарт-1, но станет более мощным (запуск намечен на 2011—2012). GSAT-4 LISA Pathfinder Международная космическая станция Нереализованные проектыNASA вело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».
Где использовались1 миссия стартовала в 1998 году. НАСА запустило космический аппарат «Deep Space 1», на борту которого испытывалось 12 новых экспериментальных технологий. Например, электроника с низким энергопотреблением, солнечные концентраторы, различные научные приборы и солнечная электрическая двигательная установка. Ионные двигатели аппарата работали в течение огромного количества времени позволив получить информацию о нескольких астероидах, кометах и даже долететь до Марса.
Космический аппарат «Deep Space 1» После успеха миссии, НАСА предоставило новый аппарат «Dawn» с тремя дополнительными ионными двигателями. Это позволило космическому аппарату выйти на орбиту астероида Веста, произвести наблюдения, свернуть с орбиты и отправится к карликовой планете Церера. При этом топлива в баке аппарата хватит, чтобы посетить еще несколько космических объектов.
Космический аппарат «Dawn» Ионные двигатели использовались для переноса космического аппарата Европейского Космического Агентства «Smart 1» с околоземной орбиты на лунную, а также на японском космическом аппарате «Хаябуса». Этот тип двигателей испытывался на Земле, и успешно выдержал более 5 лет непрерывной работы. Поиск решенияКак уже упоминалось, основная проблема ионных двигателей заключается в очень малой тяге, однако у ученых уже есть некоторые идеи для ее увеличения. Первая — значительно увеличить количество электричества и силу магнитного поля, используемого для ускорения ионов. Для этого, вместо солнечных панелей, НАСА рассматривало возможность создания ионного двигателя, работающего на ядерном реакторе. Агентство планировало миссию по изучению ледяных спутников Юпитера. Новый ионный двигатель «NEXIS», работающий на ядерном реакторе, должен был доставить аппарат по очереди: к Ганимеду, Каллисто и, затем, к Европе.
Ионный двигатель «NEXIS» Космический аппарат планировалось вывести на орбиту Земли по частям, произвести сборку, после чего запустить к Юпитеру с помощью 8 ионных двигателей. Полет до точки назначения длился бы от 5 до 8 лет. На изучение Каллисто, а затем Ганимеда отводилось 6 месяцев, затем аппарат должен был выйти на орбиту Европы и через 30 дней покинуть место назначения. При удачном течении экспедиции, аппарат мог бы посетить еще орбиту Ио — еще одного спутника Юпитера. Миссия была отменена в 2005 году.
Достигнутые технические характеристики ионного двигателя. Тяга, скорость, КПД ионного двигателя:
– управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (в настоящее время), – главный тяговый двигатель небольшой автоматической космической станции (в настоящее время), – главный тяговый двигатель тяжелых космических аппаратов (в будущем). Источник: https://cyclowiki.org/wiki/Ионный_двигатель, https://go2starss.narod.ru/pub/E025_ID.html Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com, https://go2starss.narod.ru/pub/E025_ID.html российский новый ионный реактивный космический двигатель принцип работы своими руками для космических аппаратов в россии x3 википедия холла видео ksp купить перспективы  Jld 4g24 чей двигатель - Двигатель JLD-4G24 технические
 Маз зубренок с двигателем дойц - Характеристики ММЗ Д-245.
 Бесщеточный двигатель своими руками - Двигатель стиральной
 Самый мощный ракетный двигатель - На атомном корабле
 Щуп для подогрева масла в двигателе - Почему возникает
 Почему нельзя сразу глушить турбированный двигатель
 Где крепится масса двигателя - Где крепится «масса»
 С какого по какой год двигатель не - Двигатель – это
|
