Лента новостей

02:18
Haber7 (Турция): слова Путина о Нагорном Карабахе могут изменить баланс сил
02:09
Глава МИД Армении назвал переговоры в Вашингтоне продуктивными
02:06
Глава МИД Армении назвал число беженцев из-за ситуации в Карабахе
02:03
Глава МИД Армении: вопрос о размещении миротворцев в Карабахе обсуждается
02:01
Школьник стал сиротой после смерти от коронавируса родителей-медиков
01:24
Дональд Трамп и Джо Байден в этот раз обошлись без склок и перепалок
00:48
Гутерреш назвал соглашение о прекращении огня в Ливии залогом стабильности
00:24
«Российский контент эффективен в достижении своих целей»
00:18
Новый президент Боливии нацелен на укрепление отношений с Россией
23:27
Поддержку IT-отрасли закрепят на законодательном уровне на Кубани
23:24
Собянин оценил влияние ограничительных мер на экономику
23:21
Названы продукты, которые подорожают к Новому году
23:18
Рубль обновил месячные максимумы
23:12
Баку опроверг данные о полетах своих беспилотников над Арменией
23:09
Ученые выявили долгосрочные последствия у переболевших коронавирусом
23:06
WSJ: власти США разрешили AstraZeneca возобновить испытания вакцины
23:03
В Киеве призвали белорусскую оппозицию определиться с позицией по Крыму
22:33
Bloomberg: Сноуден получил в России бессрочный вид на жительство, хотя Трамп намекал на помилование
22:30
Guardian: веганские сосиски затмили изменение климата — Грета Тунберг раскритиковала ЕС за реформы
21:48
Стариков указал, что роль Певчих в "отравлении" Навального не раскрыта
21:45
Зеленского не покидает идея проведения Олимпиады на Украине
21:42
Антипов озвучил новую стратегию России в переговорах по MH17
21:15
Си Цзиньпин: китайцы готовы бороться с любыми захватчиками
21:04
Американцы все стараются понять в чем секрет российской ЗРК С-400 «Триумф»
20:58
Армения «оценила» украино-турецкое сотрудничество
20:53
Мишустин был поражен новым российским ледоколом «Арктика»
20:48
Зеленский предложил сторчать и без того падшую страну
20:45
Тень Байдена нависла над Эрдоганом
20:42
Что стремится показать Москве Бишкек
20:39
Новые возможности дольщиков исключают бюрократические проволочки
20:39
Нашли себе новый братский союз и обделались – Украинцы все еще ждут еврозарплат
20:38
Власти спасать не собираются: украинцы попросили помощи у Путина
20:29
Трамп обвинил Байдена в "сдаче" Крыма России
20:24
Украинский садист начал охоту на телеведущего Корчевникова
20:21
Что будет с ключевой ставкой до конца года? Мнение эксперта
20:18
Набиуллина рассказала о возможности запуска цифрового рубля
20:16
Адрианов рассказал о токсичных водорослях, ставших виновниками загрязнения воды на Камчатке
20:15
Польша назвала причину приостановки транзита российской нефти
20:14
Украина оставила жителей подконтрольной территории Донбасса один на один с коронавирусом
20:14
Кто запускает в небо России салюты? Специальное видео МО РФ
20:12
ЦБ резко увеличил прогноз по цене на нефть
20:10
Мы вас используем, потому что сильнее: как в «демократической» Польше отзываются о странах из постсоветского пространства
20:06
Снова в строю: "Маршал Шапошников" вышел на рейд
20:03
Глава ВОЗ предупредил о наступлении очень тяжелых месяцев пандемии
20:02
Страдания юного Зеленского: из-за кого Запад не дает Украине денег
Все новости

Архив публикаций

«    Октябрь 2020    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 1234
567891011
12131415161718
19202122232425
262728293031 


Мировое обозрение » Технологии » Как работает ионный двигатель и где он применяется

Как работает ионный двигатель и где он применяется


Ученые уже придумали или готовятся придумать много новых типов двигателей для космических кораблей. Самые смелые предположения даже говорят про варп-двигатель, который должен разгонять корабль до скоростей, в несколько раз превышающих скорость света за счет искривления пространства в мощном гравитационном поле. Пока это только фантастика, которая скоро может стать перспективой. Зато ионные двигатели уже существуют и даже применяются. Они уже на данном этапе могут развивать скорости в несколько раз выше тех, что предлагают традиционные ракетные двигатели. Правда, они не могут отправить ракету в космос. Вот такие противоречия. Но как же тогда работает ионный двигатель и почему на данном этапе это действительно является технологией будущего?

Такой двигатель может разгоняться до очень больших скоростей.

Как работает ионный двигатель

Принцип 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 корабля

Ионы 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.

Как работает самый совершенный ракетный двигатель. Но не ионный.

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.

Недостатки ионных двигателей

Возможность продолжительной работы ионного двигателя очень важна, так как он не способен развивать высокую тягу и моментально разгонять корабль до больших скоростей. В нынешних реализациях тяга ионных двигателей с трудом достигает 100 миллиньютонов.

Из-за такой конструктивной особенности, как минимум пока, такой двигатель не дает возможности стартовать с другой планеты, даже если у нее очень маленькая гравитация.

Получается, что использование таких двигателей для дальних путешествий пока невозможно без традиционных тяговых установок на химическом топливе. Зато, их совместное использование позволит гораздо более гибко пользоваться ускорением. Например, за счет обычного двигателя разгонять аппарат до более менее высокой скорости, а потом ускоряться еще больше за счет ионного двигателя.

Покорение дальнего космоса без новых технологий невозможно.

По сути, малая тяга на данный момент является главным недостатком таких двигателей, но ученые работают в этом направлении и в перспективе повысят его мощность, так как определенного прогресса удалось добиться уже сейчас.

NASA: Россия сможет отправлять своих космонавтов в космос на Crew Dragon

Еще одной, пусть и не такой существенной, проблемой является надежность. В целом ионные двигатели достаточно надежны, но надо понимать, что их задача заключается в том, чтобы унести аппарат очень далеко и очень быстро. То есть работать он должен долго, чтобы не ставить под удар всю миссию. Поэтому, пока идут работы над увеличением мощности, разработчики стараются не забывать и о надежности.

Где используются ионные двигатели

Вам могло показаться, что ионные двигатели существуют только на бумаге и в лабораториях, но это не так. Они уже использовались, как минимум, в семи завершившихся миссиях и используются минимум в четырех действующих.

В том числе такие двигатели используются в рамках миссии BepiColombo, запущенной 20 октября 2018 года. В этой меркурианской миссии используются 4 ионных двигателя суммарной мощностью 290 миллиньютонов. Кроме этого, аппарат оснащен и химическим двигателем. Оба они в сочетании с гравитационными маневрами должны обеспечить выход корабля на орбиту Меркурия в качестве искусственного спутника.

Космический аппарат BepiColombo.

Использованием этих двигателей не брезгует и Илон Маск в своей программе Starlink, за счет этих двигателей корабль должен совершать небольшие маневры и уклоняться от космического мусора.

Сейчас планируется доставка на МКС ионной тяговой установки, которая позволит управлять положением станции в автоматическом режиме. Ее мощность подобрана исходя из доступной электрической мощности станции. Для большей надежности планируется так же доставка батарей, которые обеспечат 15 минут автономной работы двигателя.

Астрономы открыли новый тип взрывов в космосе

Но самым необычным проектом был ”Прометей”. Корабль в рамках этого проекта планировалось отправить к Юпитеру со скорость 90 км/c. Ионный двигатель корабля должен бал работать от ядерного реактора, но из-за технических трудностей в 2005 году проект закрыли.

Когда изобрели ионный двигатель

При всей перспективности ионного двигателя, первый раз его концепцию предложил еще в 1917 году Роберт Годдард. Только спустя почти 40 лет Эрнст Штулингер сопроводил концепцию необходимыми расчетами.

Роберт Годдард.

В 1957 году вышла статья Алексея Морозова под названием ”Об ускорении плазмы магнитным полем”, в которой он описал все максимально подробно. Это и дало толчок к развитию технологии и уже в 1964 году на советском аппарате ”Зонд-2” стоял такой двигатель для маневров на орбите.

Первый аппарат в космосе с ионным двигателем.

По сути, ионный двигатель является первым электрическим космическим двигателем, но его надо было дорабатывать и совершенствовать. Этим и занимались долгие годы, а в 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе. Показанный тогда малый КПД и низкая тяга надолго отбили желание американской космической промышленности пользоваться такими двигателями.

Ученые поймали очередной сигнал из космоса, но теперь он регулярно повторяется

В СССР разработки продолжались и после этого времени. И европейское, и американское космические агентства вернулись к этой идее. Сейчас исследования продолжаются, а выведенные на орбиту образцы двигателей, хоть и не могут быть главным тяговым элементом управления, но зато проходят ”проверку боем”. Собранная информация позволит увеличить мощность ионного двигателя. По разной информации, так удалось увеличить тягу самого мощного подобного двигателя более чем до 5 Н. Если это так, то все действительно не зря.


Артем Сутягин


Опубликовано: Мировое обозрение     Источник



Похожие публикации для статьи "Как работает ионный двигатель и где он применяется"


Напишите ваш комментарий к статье "Как работает ионный двигатель и где он применяется"

Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Новости партнеров

Наверх