Ионные двигатели: от фантастики к реальным пускам. Ионный двигатель холла


Ионный двигатель для дальнего космоса принцип работы в россии своими руками

Ионный двигатель для космических аппаратов.

Технология находится в процессе разработки!

 

Ознакомиться с концепцией

 

Ионный двигатель создает возможность разогнать космический аппарат в условиях невесомости до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих типов космических двигателей.

 

Сущность, строение и принцип работы ионного двигателя

Схема ионного двигателя

Преимущества

Перспективы применения ионных двигателей

Достигнутые технические характеристики ионного двигателя

Применение

 

Сущность, строение и принцип работы ионного двигателя:

Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле.

Впервые устройство ионного двигателя было предложено русским ученым К.Э. Циолковским в 1906 г. В дальнейшем осуществлялось теоретическая проработка данного вопроса. В настоящее время происходит его практическое воплощение.

Ионный двигатель работает, используя ионизированный газ и электричество.

Рабочим телом, как правило, является ионизированный инертный газ (аргон, ксенон и т. п.), но иногда и ртуть.

Инертный газ подается в ионизатор (газоразрядную, ионизирующую камеру) ионного двигателя.  Сам по себе газ нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Зажигание двигателя инициируется кратковременной подачей электронов, эмитируемых в газоразрядную (ионизирующую) камеру.  В ионизаторе высокоэнергетические электроны производят ионизацию рабочего тела — газа. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов.

Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны. Положительные же ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2 или 3 сеток (положительно-заряженной и отрицательно-заряженной). Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против -225 на внешней).  В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя космический аппарат, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку (нейтрализатор), выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов.

Для выработки электричества используются солнечные батареи. Но в дальнейшем планируется использовать ядерные установки.

Использование внешнего магнитного поля в ионном двигателе позволяет повысить энергоэффективность системы.

Ионные двигатели характеризуются высоким импульсом. Они расходуют малое количество газа для совершения маневра.

 

Схема ионного двигателя:

Ионный двигатель

 

Преимущества:

— создает возможность разогнать космический аппарат в условиях невесомости до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих типов космических двигателей,

— расходует меньше топлива, чем обычные реактивные двигатели,

— 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,

— для функционирования ионного двигателя достаточно небольшой электрической мощности — от 150 до 500 Ватт. Двигатели мощностью от 150 до 500 Ватт могут быть установлены на малые космические аппараты,

— низкая рабочая температура в отличии от обычных реактивных двигателей, 

— рабочее тело не обязательно должно быть высокой степени чистоты в отличии от обычного топлива в химических ракетах,

— простота сборки и эксплуатации конструкции,

— ионный двигатель позволит увеличить срок эксплуатации космических аппаратов в 2-3 и более раза,

— для путешествия на Марс (и обратно) достаточно ионного двигателя мощностью порядка 50 кВт.

 

Перспективы применения ионных двигателей:

Применение ионных двигателей в космических аппаратах открывает новые перспективы развития космонавтики, в частности, запускаемых космических аппаратов.

Современные тенденции таковы, что доля запускаемых тяжелых космических аппаратов (свыше 1000 кг) неуклонно снижается и составляет порядка не более 30% от всех запусков.

Все более востребованными становятся малые космические аппараты, имеющие вес от 100 кг до 500 кг, находящиеся на низкой орбите до 1000 км. и функционирующие продолжительное время – в течение 5-10 лет.

К малым космическим аппаратам относятся спутники и системы мобильной связи и радионавигации, мониторинга Земли, атмосферы и околоземного космического пространства.

Ионные двигатели в ближайшем будущем позволят заменить двигатели орбитального движения малых космических аппаратов, что увеличит срок их активной работы (эксплуатации) в 2-3 раза и продлит срок их жизни с 2-3 лет до 5-10 лет.

В отдаленной перспективе планируется оснащать все, в т.ч. тяжелые, космические аппараты ионными двигателями, что позволит совершать путешествия к далеким планетам и звездам, пилотируемые экспедиции к планетам Солнечной системы, тяжелые транспортные перелеты.

 

 Достигнутые технические характеристики ионного двигателя:

Характеристики: Значение:
Потребляемая мощность, кВт 1—7
Скорость истечения ионов, км/с 20—50
Тяга, мН  20—250
КПД, %  60—80
Время непрерывной работы, лет более 3

 

Применение:

— 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: http://cyclowiki.org/wiki/Ионный_двигатель, http://go2starss.narod.ru/pub/E025_ID.html.

 

отдел технологий

г. Екатеринбург и Уральский федеральный округ

Звони: +7-908-918-03-57

или пиши нам здесь...

карта сайта

Войти    Регистрация

Виктор Потехин

Поступила просьба разместить технологию обработки торфа электрогидравлическим эффектом.

Мы ее выполнили!

2018-04-06 19:21:11Виктор Потехин

Поступил вопрос о лазерной очистке металла. Дан ответ. В частности, указана более дешевая и эффективная технология.

2018-04-11 23:18:19Виктор Потехин

Поступил вопрос по термостабилизаторам грунтов в условиях вечной мерзлоты. Дан ответ.

2018-04-29 09:51:54Виктор Потехин

Поступил вопрос по стеклопластиковым емкостям. Дан ответ.

2018-05-04 06:47:56Виктор Потехин

Поступил вопрос по гидропонным многоярусным установкам. Дан ответ. В частности указаны более прорывные технологии в сельском хозяйстве.

2018-05-16 20:22:35Виктор Потехин

Поступил вопрос по выращиванию сапфиров касательно технологии и оборудования. Дан ответ.

2018-05-16 20:23:28Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно мотор-колеса Дуюнова и мотор-колеса Шкондина, что лучше. Дан ответ.

2018-05-16 20:30:50Виктор Потехин

Поступил вопрос об организациях, которые осуществляют очистку металла от ржавчины. Дан ответ: оставляйте свои заявки внизу в комментариях. Производители сами найдут вас и свяжутся.

2018-05-17 10:35:28Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно санации трубопровода. Дан ответ. В частности указана более инновационная технология.

2018-05-17 18:10:26Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно сотрудничества, а именно: определения направлений развития предприятия и составления планов будущего развития. В настоящее время ведутся переговоры. Будет проанализирована исходная информация, совместно выберем инновационные направления и составим планы.

2018-05-18 10:34:05Виктор Потехин

Поступил вопрос касательно электрохимических станков. Дан ответ.

2018-05-18 10:35:57Виктор Потехин

Поступил вопрос относительно пиролизных установок для сжигания ТБО. Дан ответ. В частности, разъяснено, что существуют разные пиролизные установки: для сжигания 1-4 класса опасности и остальные. Соответственно разные технологии и цены.

2018-05-18 11:06:55Виктор Потехин

К нам поступают много заявок на покупку различных товаров. Мы их не продаем и не производим. Но мы поддерживаем отношения с производителями и можем порекомендовать, посоветовать.

2018-05-18 11:08:11Виктор Потехин

Поступил вопрос по гидропонному зеленому корму. Дан ответ: мы не продаем его. Предложено оставить заявку в комментариях для того, чтобы его производители выполнили данную заявку.

2018-05-18 17:44:35Виктор Потехин

Поступает очень много вопросов по технологиям. Просьба задавать эти вопросы внизу в комментариях к записям.

2018-05-23 07:24:36

Для публикации сообщений в чате необходимо авторизоваться

российский новый ионный реактивный космический двигатель принцип работы своими руками для космических аппаратов в россии x3 википедия холла видео ksp купить перспективы тяга схема принцип действия устройство работа ионного двигателя на эффекте холла ионно плазменный двигатель на катушке тесла в домашних условиях кпд импульс как сделать работает самый мощный высокочастотный ионный двигатель для дальнего космоса наса леонова китай создал новый ионный двигатель 2759

 

Похожие записи

Количество просмотров с 26 марта 2018 г.: 194

comments powered by HyperComments

xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai

Ионные двигатели: от фантастики к реальным пускам

Первая европейская экспедиция к ЛунеSMART 1 выходит на орбитуСпасение ArtemisИонный двигатель ХоллаЛуна вновь в центре вниманияТехнологическая аппаратура

Первая европейская экспедиция к Луне
Старт Ariane 5, несущая SMART 1 на борту
Старт Ariane 5, несущаяSMART 1 на борту

В минувшую субботу с космодрома Куру ракетой-носителем «Ариан 5» была успешно выведена в космическое пространство исследовательская станция европейского космического агентства SMART 1.

Спутник создан по заказу ESA (European Space Agency, Европейское космическое агентство) Шведской космической корпорацией при участии почти 30 субподрядчиков из 11 европейских стран и США. Общая стоимость проекта составила 110 млн. евро.

SMART 1 — первая автоматическая станция ESA для исследования Луны. В то же время, это уникальная исследовательская станция нового типа, первая в новой программе ESA под названием Small Missions for Advanced Research in Technology. В ходе выполнения программы запланирована апробация целого ряда новых технологий, например, связь в Ка-диапазоне и лазерная связь, автономная навигация и многое другое.

Solar Orbiter

Solar Orbiter

При достаточно большом количестве аппаратуры, SMART 1 отличается малым весом (370 кг, в том числе научная аппаратура — 19 кг) и компактностью. Со сложенными солнечными батареями он представляет собой прямоугольник размером в метр. Стоимость SMART 1 примерно раз в пять меньше, чем типичной межпланетной станции ESA. Но самая главная особенность нового космического аппарата в том, что впервые в истории космонавтики ионный двигатель будет использован в качестве основного. В ближайших планах ESA — запуск еще двух аппаратов, оснащенных ионной двигательной установкой. Это BepiColombo для исследования Меркурия и Solar Orbiter — для изучения Солнца.

BepiColombo

BepiColombo

Установленный на SMART 1 ионный двигатель потребляет 1350 Ватт электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, и развивает тягу в 0,07 Ньютон, что примерно соответствует весу почтовой открытки. Рабочим веществом служит ксенон (запас топлива 82 кг). При этом для выхода на эллиптическую полярную орбиту вокруг Луны станции потребуется 16 месяцев. Выведение SMART 1 на расчетную орбиту представляет собой сложный многоступенчатый процесс, состоящий из нескольких этапов.

SMART 1 выходит на орбиту
Переход SMART 1 на лунную орбиту
Переход SMART 1 на лунную орбиту

В субботу ракета-носитель «Ариан 5» вывела SMART 1 на переходную геосинхронную орбиту с апогеем 35935 км (при расчетном значении 35873 км) и перигеем 649,5 км (при расчетном значении 648,7 км). Время работы ракеты-носителя составил 27 минут. Во вторник будет включен ионный двигатель. На первом этапе полета он должен работать практически непрерывно в течение 80 дней, за исключением периодов, когда станция будет находиться в тени Земли. При этом перигей орбиты SMART 1 будет поднят до 20 тыс. км., а затем и апогей. Когда он достигнет 200 тыс. км., станция начнет испытывать ощутимое гравитационное воздействие Луны. Гравитационные маневры будут осуществляться в конце декабря 2004 года, а затем в январе и феврале 2005 г. В конечном итоге в марте 2005 SMART 1 выйдет на орбиту вокруг Луны, а с апреля 2005 аппарат приступит к выполнению своей научной программы.

Строго говоря, ионные двигатели уже устанавливались на космических аппаратах — в последние годы, в частности, на исследовательской станции НАСА Deep Space 1 (DS 1) и на экспериментальном геостационарном спутнике связи ESA Artemis. В последнем случае, благодаря наличию на борту ионных двигателей, удалось спасти казавшийся окончательно утраченным спутник ценой в миллионы долларов.

Телекоммуникационный спутник Artemis
Телекоммуникационный спутник Artemis

Нештатная работа верхней ступени ракеты-носителя Ariane 5, выводившей на орбиту спутник Artemis, привела к тому, что орбита Artemis оказалась значительно ниже расчетной. Обычно это приводит к потере спутника. Если он несет в себе угрозу другим космическим аппаратам, его топят (тяжелые аппараты) или «сжигают» в атмосфере. Но Artemis избежал этой печальной участи.

Благодаря экстренно принятым мерам и ценой расходования практически всего запаса химического топлива, имевшегося на борту, спутник удалось перевести на круговую орбиту высотой 31 тыс. км. Но после этого надо было перевести Artemis на расчетную геостационарную (высотой около 36 тыс. км). Тогда и было принято решение воспользоваться четырьмя ионными двигателями, установленными на борту попарно. Они изначально предназначались для управления ориентацией (наклоном) спутника. Что бы осуществить переход вектор тяги двигателей был направлен перпендикулярно плоскости орбиты. Но для спасения аппарата ему необходимо было придать импульс в плоскости орбиты, и таким образом перевести на более высокую геостационарную орбиту. Artemis требовалось повернуть на 90 градусов по отношению к его нормальной ориентации.

Сложнейшая спасательная операция, потребовала выработки «на ходу» новой стратегии действий, новых режимов управления спутником и функционирования бортовой аппаратуры. Потребовалось модифицировать 20% всего бортового программного обеспечения. И все же операция прошла весьма успешно. О ее сложности свидетельствует тот факт, что только для перепрограммирования бортовой системы управления потребовалось подгрузить с Земли модифицированные блоки программного обеспечения общим объемом в 15 тыс. слов. Это была самая масштабная операция по перепрограммированию с Земли телекоммуникационного спутника.

Несмотря на скромную тягу (всего 15 миллиньютон) Artemis стал «карабкаться» на расчетную орбиту, поднимаясь на 15 км в день. Вся спасательная операция заняла 18 месяцев. 31 января 2003 года Artemis оказался именно там, где ему следовало бы оказаться еще полтора года назад. Первая в мире спасательная операция, исход которой целиком зависел от надежности ионных двигателей и слаженных действий людей на Земле, прошла успешно. Спутник, считавшийся безнадежно потерянным, приступил к нормальной работе.

Ионный двигатель Холла

По своей конструкции основной двигатель SMART 1 существенно отличается от двигателей, установленных на DS 1 и на Artemis. В случае с последними двумя аппаратами, для ускорения ионов использовалась решетка с поданным на нее потенциалом (так называемый gridded ion engine). В отличие от них SMART 1 оснащен ионным двигателем Холла, который существенно отличается по своей конструкции.

Ионный двигатель в работе

Ионный двигатель в работе

Важным преимуществом двигателей на эффекте Холла является отсутствие решетки, подвергающейся постоянной бомбардировке высокоэнергетичными ионами, вследствие чего происходит ее быстрая деградация. Что касается других характеристик ионных двигателей различной конструкции, то ситуация выглядит не столь очевидной. В общем, двигатели с решеткой позволяют получать больший удельный импульс и расходуют примерно в два раза меньше топлива (рабочего тела), чем двигатели Холла. Однако при этом двигатели Холла позволяют развить большую удельную тягу при одинаковом потреблении электроэнергии. Обе конструкции имеют свои достоинства и недостатки, и выбор предпочтительного варианта зависит в каждом случае от характера задач, стоящих перед аппаратом, и от его энергетических возможностей.

Луна вновь в центре внимания

Несмотря на то, что задумывался SMART 1 в первую очередь для отработки новых и перспективных технологий исследования космического пространства, информация о Луне, которую ему предстоит собрать, также можно назвать уникальной.

Связь по лазерному лучу между SMART 1 и центром слежения в Тенерифе, Канарские острова

Связь по лазерному лучу между SMART 1 и центром слежения в Тенерифе, Канарские острова

На Луне SMART 1 проведет поиск следов наличия воды (в форме льда) в кратерах, получит данные о химическом составе поверхности нашего спутника и протекающих в нем тектонических процессах. Станции предстоит впервые провести картографирование всей поверхности Луны с помощью рентгеновского и инфракрасного спектрометров с различным разрешением. Одновременно будет проводиться съемка поверхности в нескольких участках видимого спектра. Ничего подобного прежде не проводилось.

Как ожидается, собранная новым исследовательским аппаратом информация идеально дополнит данные, полученные американскими зондами Clementine (1994) и Lunar Prospector (1998), исследовавшими Луну в минувшем десятилетии. В центре внимания те вопросы, на которые у научного сообщества еще не сформировалось определенного мнения. Это происхождение нашего спутника и его эволюции. Научная программа полета рассчитана на шесть месяцев, но если к концу этого периода запас топлива еще не будет исчерпан, предполагается перевести SMART 1 на более низкую орбиту, в том числе для повышения разрешения снимков поверхности.

Технологическая аппаратура

На борту SMART 1 находится большое количество приборов, предназначенных для исследований Луны и изучения перспективных технологий.

Компоновка SMART 1

Компоновка SMART 1

1. SIR – Инфракрасный спектрометр2. Солнечные датчики3. Стрела сенсора SPEDE (назначение - исследование свойств плазмы в окрестностях станции)4. Камера AMIE (сверхминиатюрная, для работы в видимом и ИК-диапазоне)5. Рентгеновский телескоп D-CIXS6. Антенна системы связи7. Датчики для исследования эффектов, вызванных работой ионного двигателя (EPDP) 8. Топливный бак двигателей ориентации9. Звездный датчик10. Двигатель для изменения ориентации солнечных батарей11. Транспондер системы связи12. Электроника управления ионным двигателем13. Двигатели системы ориентации14. Ионный двигатель с механизмом управления вектором тяги (его направление должно меняться по мере изменения положения центра масс, вызванного расходованием топлива)

EPDP и SPEDE

Для широкого использования ионных двигателей в длительных космических полетах необходимо досконально изучить побочные эффекты их длительной эксплуатации, а также характер взаимодействия с естественной электромагнитной средой, окружающей станцию. К возможным проблемам относится отклонение вектора тяги ионного двигателя от первоначальной ориентации, эрозия поверхностей, короткие замыкания, интерференция с радиосигналами, а также аккумуляция пылевых частиц. Для исследования этих эффектов предназначены приборы EPDP (исследование побочных эффектов работы ионного двигателя) и SPEDE (исследование свойств плазмы в окрестностях станции).

KaTE и RSIS

Основная задача прибора KaTE (микроволновая связь) — изучение перспектив связи в новом диапазоне электромагнитного излучения с длиной волны около 9 мм (Ка-диапазон).

Прибор RSIS (исследование радиоволн) предназначен для изучения малых вариаций движения SMART 1, вызванных нестабильностью тяги ионного движителя, с помощью Доплеровского эффекта. Регистрироваться при этом будет радиоизлучение прибора KaTE.

Laser-Link и OBAN

Laser-Link (лазерная связь) предназначен для изучения перспектив использования лазеров для связи с аппаратами, находящимися в глубоком космосе. В настоящее время ESA уже применяет лазерную связь с телекоммуникационными спутниками на геостационарной орбите.

Исследование возможности применения компьютерных технологий для автономной навигации космических аппаратов будет осуществляться посредством прибора OBAN (космическая навигация).

Картографирование лунных минералов с помощью SIR

Картографирование лунных минералов с помощью SIR

Исследование Луны, Земли и Солнца

  • Сверхминиатюрная камера видимого и ИК-диапазона (AMIE) предназначена для съемки поверхности Луны.
  • Назначение инфракрасного спектрометра (SIR) — определение минерального состава лунных пород.
  • Для исследования химического состава лунных пород, а также новой технологии коллимации рентгеновского излучения предназначен D-CIXS рентгеновский телескоп.
  • Независимый от D-CIXS мониторинг рентгеновского излучения Солнца, сильно варьиующегося в зависимости от текущей солнечной активности, будет проводиться при помощи XCM.
  • Для сбора научной информации так же будет использоваться технологическая аппаратура экспериментов SPEDE и RSIS (см. выше).

Максим Рахманов / CNews.ru

www.cnews.ru

Ионный двигатель Холла — Мир науки,техники,медицины и образования © первая научно-техническая коммерческая социальная сеть

Ионныe двигатели Холла - это лишенные решетки ионные двигатели, которые производят тягу с помощью электростатического ускорения ионов из кольцевой камеры выпуска.

Важным преимуществом двигателей на эффекте Холла является отсутствие решетки, подвергающейся постоянной бомбардировке высокоэнергетичными ионами, вследствие чего происходит ее быстрая деградация. Что касается других характеристик ионных двигателей различной конструкции, то ситуация выглядит не столь очевидной. В общем, двигатели с решеткой позволяют получать больший удельный импульс и расходуют примерно в два раза меньше топлива (рабочего тела), чем двигатели Холла. Однако при этом двигатели Холла позволяют развить большую удельную тягу при одинаковом потреблении электроэнергии. Обе конструкции имеют свои достоинства и недостатки, и выбор предпочтительного варианта зависит в каждом случае от характера задач, стоящих перед аппаратом, и от его энергетических возможностей.

Статичный двигатель (Stationary Plasma Thruster (SPT)).

Радиальное магнитное поле с помощью электромагнитов установлено поперек главного кольцевого испускающего канала (сопла). Электромагнитное возбуждение создается отдельным блоком питания, либо с помощью тока разряда. Типичная разность потенциалов при разряде между катодом и анодом, проходящим через ксенон, впрыснутый и в полый катод, и в камеру разряда, составляет около 300 В. Радиальное магнитное поле предотвращает течение выпущенных с помощью термоэмиссии электронов непосредственно из полого катода к аноду. Это магнитное поле действует как сопротивление перетоку электронов к аноду, приводя к электрическому полю в плазме, которое перпендикулярно магнитному полю и выходит вовне из сопла двигателя. Изоляционные стенки предотвращают закорачивание электрического поля.

Ионы, созданные в камере выпуска электронной бомбардировкой, относительно незатронуты магнитным полем и ускорены электрическим полем . Дополнительные электроны, излучаемые катодом следуют за ускоренными ионами, предотвращая заряд корабля до большого отрицательного потенциала.

Электроны, движущиеся от катода к аноду в камере выпуска, делают это в области пересечения электрических и магнитных полей, что приводит к дрейфу (смещению) их в направлении. перпендикулярном обеим полям - электрическому и магнитному. Для цилиндрической геометрии двигателя это происходит в направлении центральной оси двигателя. Этот электронный дрейф называется также эффектом Холла, откуда и берет название двигатель. В западной литиратуре такие двигатели также иногда называют "closed-drift thrusters".

industriya.com

Как работает ионный двигатель

X-37B испытает новый ионный двигатель
Ионный двигатель вовсе не фантастика и даже не какое-то далекое будущее. Они работают уже давно, и работают успешно примерно с 1964 года. Это год первой демонстрации такого двигателя в космосе. А сама идея ионного двигателя была выдвинута еще в 1917 году. Единственная проблема такого двигателя, пока работать он может только в космосе.

Как работает ионный двигатель

Такой двигатель является реактивным так же как и знакомый ракетный двигатель, только вместо сжигания топлива используется ионизация газа. А в остальном принцип тот же, принцип реактивного движения основанный на Третьем законе Ньютона. А если по-простому, то аппарат двигает вперед поток ионов выбрасываемых из двигателя.
Принцип работы ионного двигателя

А теперь подробнее о принципе работы ионного двигателя. В "камеру сгорания" подается инертный газ (обычно аргон или ксенон), при помощи потока электронов этот газ ионизируется. Далее электроны улавливаются специальными устройствами, а положительно заряженные ионы двигаются к решеткам с очень большой разницей потенциалов. Из-за разницы потенциалов ионы разгоняются и выбрасываются из сопла создавая реактивную тягу.

Ранее пойманные электроны (отрицательно заряженные, если вы уже забыли) выбрасываются в вдогонку и под углом к потоку ионов, чтобы нейтрализовать их заряд, иначе часть ионов могут притянутся к корпусу двигателя уменьшив его тягу.

Достоинства и недостатки

Все довольно просто, но есть некоторые недостатки.

Ионный двигатель создает очень большой удельный импульс но очень маленькую тягу обусловленную массой выбрасываемых частиц. Это значит, что разогнать космический корабль он может, но ускорение будет небольшим и на него уйдет очень много времени. Поэтому сейчас такие двигатели используются только в космосе, где нет сопротивления воздуха и на небольших объектах вроде спутников, либо для пространственной ориентации более крупных объектов.

Ионный двигатель в работе

Но в марте 2015 года на орбиту был запущен космолет X-37B который должен испытать ионный двигатель на эффекте Холла. Такой двигатель работает по тому же принципу, что и обычный за исключение того, что ускорение происходит благодаря эффект Холла, что позволяет несколько увеличить его тягу и не использовать решетки для притяжения разгона ионов.

В 2003 двигатель на эффекте Холла был впервые использован в качестве основного на автоматической станции SMART-1 весом в 370 кг европейского космического агенства, но сам двигатель был создан в московском КБ «Факел». Теперь ионный двигатель ждет испытание на намного более массивном X-37.

Главным достоинством ионного двигателя является время его работы. Такой двигатель может работать очень долго благодаря низкому потреблению газа и все время своей работы он будет разгонять космический аппарат. Например двигатель NEXT (NASA's Evolutionary Xenon Thruster) проработал в космосе рекордное время — 5,5 лет или 48 000 часов использовав всего 870 кг ксенона, в случае стандартного химического двигателя потребовалось бы 10 тонн топлива. 

Рекорд по скорости также принадлежит ионному двигателю. Аппарат Dwn запущенный Nasa для и следования карликовой планеты Цереры, разогнался до скорости 11,46 км/с без использования гравитационных маневров.

Судя по всему именно у ионных двигателей наибольшие перспективы стать в будущем маршевыми двигателями для межпланетных полетов.

Темы: Наука Опубликовать:

interesnye-istorii.in.ua

Космический челнок X-37B испытает новый ионный двигатель на эффекте Холла. Видео

Беспилотный космический самолет X-37B, который является одной из секретных технологий ВВС США, готовится к очередному запуску в рамках миссии Orbital Test Vehicle (OTV) 4. Как обычно запуск, назначенный на 20 мая 2015 года, будет производиться с космодрома на мысе Канаверал и когда этот небольшой космический корабль выйдет на околоземную орбиту он произведет "боевые" испытания нового ионного двигателя на основе эффекта Холла.Космический корабль X-37B, который напоминает Шаттл в миниатюре, является одним из двух идентичных аппаратов, построенных компанией Boeing Phantom Works. В настоящее время эти два космических корабля совершили три длительных космических полета, пробыв на околоземной орбите 1367 суток в общей сложности. Задачи, которые решали эти аппараты в космосе, покрыты тайной, а руководства американских ВВС отделывается лишь отговорками об испытаниях технологий космических аппаратов многократного использования.

Ионные двигатели Холла, которые помогут кораблю X-37B выполнить его миссию, являются ионными двигателями, весьма похожими на ионные двигатели, которые позволили исследовательскому космическому аппарату Dawn побывать возле астероида Веста, добраться до карликовой планеты Церера, установив по пути рекорд скорости перемещения в космическом пространстве. Ионные двигатели используют электроны для ионизации атомов инертного газа, ксенона, которые затем ускоряются при помощи электрических полей и вырабатывают реактивную тягу. Хотя вырабатываемая ионным двигателем сила тяги эквивалентна весу листа бумаги, двигатель чрезвычайно эффективнее и может непрерывно работать в течение многих лет, разгоняя космический аппарат до очень высоких скоростей.

Экспериментальный ионный двигатель Холла был разработан совместными усилиями специалистов Научно-исследовательской лаборатории ВВС США (Air Force Research Laboratory, AFRL), центра Space and Missile Systems Center (SMC) и управления Rapid Capabilities Office (CRO). Он, в сущности, является модернизированным вариантом двигателей, используемых на первых трех спутниках системы военной космической связи Advanced Extremely High Frequency (AEHF).

Когда, находясь на околоземной орбите, космический корабль X-37B включит ионный двигатель, начнется передача на Землю потока телеметрических данных, которые будут содержать информацию о функционировании и режимах работы двигателя, о силе вырабатываемой им тяги и о многом другом. Собранные в ходе экспериментального запуска данные будут использоваться для улучшения конструкции очередных ионных двигателей, которые уже будут предназначаться для фактической работы на орбите.

psyont.livejournal.com

Ионный двигатель Холла — Мир науки,техники,медицины и образования © первая научно-техническая коммерческая социальная сеть

  • 新聞
  • 文章
  • 博客
  • 市場的
  • 企業的
  • 訓練
  • 科學
  • 多多指教
    • Многоотраслевые выставки и ярмарки.
    • Специализированные выставки и ярмарки.
      • Сельское хозяйство, лесоводство, рыболовство, виноградарство, садоводство, планировка садов, парков и соответствующее оборудование.
      • Продукты питания, напитки и табак, общественное питание и соответствующее оборудование.
      • Текстиль, обувь, кожа, драгоценности и соответствующее оборудование.
      • Строительство, оснастка и комплектация и соответствующее оборудование.
      • Товары для внутренней отделки, для дома и соответствующее оборудование.
      • Здравоохранение, гигиена, охрана труда и соответствующее оборудование.
      • Защита окружающей среды, безопасность, очистка, коммунальные службы и соответствующее оборудование.
      • Транспорт, перевозки и соответствующее оборудование.
      • Информация, системы связи, оргтехника, образование, бытовая электроника и соответствующее оборудование.
      • Спорт, развлечения, досуг и соответствующее оборудование.
      • Другая промышленность, торговля, бытовое оборудование. Наука и техника.
      • Искусство, антиквариат.
    • Выставки товаров народного потребления.
  • 會議的
    • Банк, финансы
    • Бухгалтерия, аудит, налогообложение
    • Гостинично-ресторанный бизнес, HoReCa
    • Делопроизводство, секретариат, call-центры
    • Интеллектуальная собственность, патентоведение
    • Информационные технологии, IT
    • Красота, спорт, здоровье
    • Лидерство, командообразование, коучинг
    • Личностное развитие, управление временем
    • Логистика, таможня, ВЭД
    • Маркетинг, реклама, PR, брендинг
    • Медицина, фармацевтика
    • Менеджмент, управление компанией
    • Наука
    • Недвижимость
    • Образование
    • Охрана труда, безопасность бизнеса
    • Переговоры, коммуникации
    • Право, юриспруденция
    • Продажи, работа с клиентами
    • Промышленность, производство
    • Психология, НЛП
    • Тренинги для тренеров
    • Управление персоналом, HR
    • Управление проектами, бизнес-планирование
    • Эстетическое образование, культура
    • Другое
  • 論壇
  • 百科全書
  • More

industriya.com

До Марса за две недели: инженеры NASA испытали новый ионный двигатель — видео

Ученые из Мичиганского университета в сотрудничестве с ВВС США и НАСА вывели на новый уровень ионный двигатель X3, который, в теории, сможет доставить человека на Марс за две недели, рассказывает ресурс High Tech со ссылкой на Space.com.

Отмечается, что в исследовательском центре NASA Glenn в Огайо исследователи Мичиганского университета смогли увеличить максимальную мощность ионного двигателя X3 (разновидность двигателя Холла) до 100 кВт, что является рекордом для данного типа.

"Мы показали, что X3 может работать с мощностью более 100 кВт, — говорит руководитель проекта Алек Галлимор. — Он работал с огромным диапазоном мощности от 5 кВт до 102 кВт с электрическим током до 260 ампер. Он генерировал 5,4 ньютона тяги, что является самым высоким уровнем тяги, достигнутым любым плазменным двигателем на сегодняшний день".

Предыдущий рекорд составляет 3,3 ньютона.

Ионные двигатели используют электричество, обычно генерируемое солнечными батареями или газовым топливом, для вытеснения плазмы — газоподобного облака заряженных частиц — из сопла, создавая таким образом тягу. По данным NASA, такой метод тяги способен разогнать космический корабль гораздо быстрее, чем химические двигатели: максимальная скорость химических ракет составляет 5 км/с, тогда как двигатель Холла способен достичь скорости в 40 км/с. Это означает, что корабль с таким двигателем может долететь до Марса за две недели, при условии, что он стартует, когда расстояние между нашими планетами будет минимальным — 56 млн км.

По словам Галлимора, ионные двигатели к тому же более экономичны и требуют меньше топлива, если пропеллентом выступает газ — вроде ксенона — а не солнечные батареи. Исследовательский зонд NASA ­— Dawn, который вышел недавно на орбиту карликовой планеты Церес — как раз использует ионный двигатель на базе ксенона.

Недостаток ионного двигателя кроется в слабой тяге: чтобы разогнать корабль, ему нужно работать довольно длительное время. Иными словами, ионные космические аппараты долго разгоняются и пока не способны преодолеть гравитационное притяжение Земли. По этой причине его нельзя использовать на Земле — только в космосе.

Нынешние ионные электрические установки, доступные на рынке, создают тягу всего в 3-4 кВт, тогда как для отправки человека на Марс нужны более мощные установки, способные достичь мощности в 500 кВт или даже 1 МВт.

Ученые надеются, что X3, который сейчас вышел только на уровень 100 кВт, в течение ближайших 20 лет сможет справиться с этой задачей. Особенностью X3 также является его конструкция — вместо одного канала для выхода плазмы он использует три. Это позволило уменьшить размеры двигатели, сохранив при этом показатели мощности.

В следующем году команда ученых проведет еще один больший тест, задачей которого будет выяснить, сможет ли ионный двигатель малой тяги проработать 100 часов подряд. Галлимор сообщил, что инженеры также разрабатывают специальную магнитную экранирующую систему, которая должна защитить стенки двигателя от повреждения плазмой. Предполагается, что без нее X3 столкнется с поломками уже через несколько тысяч часов. Экран же позволит двигателю работать на полную мощность несколько лет.

Двигатель X3 станет центральной частью электрической силовой установки XR-100, которую разрабатывает Aerojet Rocketdyne для программы NextSTEP.

Принцип действия

Как уже говорилось в общих фразах выше, принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. Благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей. Называются даже цифры до 210 км/с, что в 40 раз выше 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. В то же время это требует больших затрат энергии.

Механизм работы двигателя таков: в ионизатор подаётся топливо (ксенон или ртуть), которое само по себе нейтрально, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом, в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для "отфильтровывания" электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны. Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из двух или трёх сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против -225 вольт на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль в соответствии с третьим законом Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку, выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается, во-первых, для того, чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во-вторых, чтобы ионы, "нейтрализованные" таким образом, не притягивались обратно к кораблю.

Как уже было сказано, недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга. Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты. С другой стороны, в условиях невесомости, ипри достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей. Ионные двигатели используют повышенные напряжения, обладают более сложной схемой и конструкцией, что усложняет решение задачи обеспечения высокой надёжности и электрической прочности двигателя.

Действующая модель ионного двигателя, действующая на основе отбрасывания заряженных ионов воздуха с проводящего острия под высоким напряжением, может быть создана в домашних условиях.

В настоящее время ионные двигатели применяют для управления ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли, некоторые из которых оснащены десятками маломощных ионных двигателей. Используются они и в качестве главного тягового двигателя небольших автоматических космических станций.

История двигателя

Ионный двигатель является первым хорошо отработанным на практике типом электрического ракетного двигателя. Концепция ионного двигателя была выдвинута в 1917 году Робертом Годдардом, а в 1954 году Эрнст Штулингерruen детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями.

Первый функционирующий ионный электростатический двигатель был создан в США в NASA John H. Glenn Research Center at Lewis Field. В 1964 году прошла первая успешная демонстрация ионного двигателя в суборбитальном полёте: двигатель успешно работал в течение запланированной 31 минуты. В 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе.

В качестве основного — маршевого — двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 в 1998 году. Следующими аппаратами стали запущенные в 2003 году аппараты — европейский лунный зонд Смарт-1, а также японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду Итокава.

Следующим аппаратом NASA, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала вышеупомянутая АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначен для изучения Весты и Цереры. Он несёт 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 сверхнизкую околоземную орбиту высотой около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник.

Теперь ЕКА планирует использовать ионный двигатель в этой меркурианской миссии, наряду с гравитационными манёврами и химическим двигателем для перехода на орбиту вокруг Меркурия в качестве искусственного спутника.

Подпишитесь сейчас на страницу Newsader в Facebook: жмите кнопку "Нравится"
Новая возможность: Подпишитесь на канал Newsader в TELEGRAM и знакомьтесь с нашими материалами еще более оперативно!

newsader.com