rss twitter

21 мая 2015 г.

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.