Плазменные двигатели: мифы и реальность

История

Идея электрического двигателя для космических кораблей была введена в 1911 году Константином Циолковским . Ранее Роберт Годдард отмечал такую ​​возможность в своей личной записной книжке.

С электрическим приводом двигательный с ядерным реактором , был рассмотрен Тони Мартином для межзвездной Проекты Дедал в 1973 году, но этот подход был отклонен из — за его упорный профиль, вес оборудования , необходимого для преобразования ядерной энергии в электрическую энергию, и в результате небольшое ускорения , что потребовалось бы столетие, чтобы достичь желаемой скорости.

Первой демонстрацией электрического движения был ионный двигатель, установленный на борту космического корабля SERT-1 (Space Electric Rocket Test). Он был запущен 20 июля 1964 года и проработал 31 минуту. Последующая миссия, начатая 3 февраля 1970 года, СЕРТ-2. На нем было два ионных двигателя, один работал более пяти месяцев, а другой — почти три месяца.

К началу 2010-х годов многие производители спутников предлагали на своих спутниках электрические двигательные установки — в основном для управления ориентацией на орбите — в то время как некоторые операторы коммерческих спутников связи начали использовать их для вывода на геосинхронную орбиту вместо традиционных химических ракетных двигателей .

НПО ЭНЕРГОМАШ. ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ НОВОГО МОЩНОГО ПЛАЗМЕННОГО РАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Научно-технический совет интегрированной структуры (НТС ИС) АО «НПО Энергомаш» рассмотрел перспективы создания электрических ракетных двигателей (ЭРД) повышенной мощности для решения транспортных задач в ближнем и дальнем космосе. Принято решение о подготовке совместной заявки АО «КБХА» (входит в ИС АО «НПО Энергомаш») и НИЦ «Курчатовский институт» в Фонд перспективных исследований на реализацию проекта безэлектродного плазменного ракетного двигателя (БПРД). Предварительно определены состав работ по созданию лабораторного образца БПРД и кооперация предприятий, необходимая для реализации проекта.

Проведенные предприятиями-участниками НТС ИС исследования различных типов ЭРД показали, что наиболее рациональным решением задачи создания электроракетного двигателя мощностью 100 кВт и более является разработка безэлектродного плазменного ракетного двигателя. БПРД обладает высокими характеристиками и позволяет обеспечить требуемый ресурс для освоения дальнего космоса.

Многочисленные варианты уже существующих ЭРД доказали свои положительные качества: высокий импульс (скорость истечения рабочего вещества) и малый массовый расход рабочего тела, что позволяет космическим аппаратам совершать полеты на большие расстояния. Однако имеющиеся недостатки ЭРД – малая тяга – накладывают определенные ограничения использования подобных двигательных установок – полеты на большие расстояния длятся очень долго. Сегодня ЭРД используются в качестве двигателей для корректировки орбит и ориентации небольших космических аппаратов. Обычно мощность таких двигателей не превышает нескольких десятков киловатт, обеспечиваемых на околоземных орбитах солнечными батареями.

Рассматриваемый в настоящее время вариант безэлектродного плазменного ракетного двигателя является новым поколением ЭРД. Это двигатель высокой мощности, рабочее вещество в котором находится в состоянии плазмы. Он обладает высокой энергетической эффективностью, возможностью использовать в качестве рабочего тела практически любое вещество, способен изменять величину удельного импульса, а максимальная мощность двигателя ограничивается практически только мощностью питания высокочастотного генератора. Также двигатель такого типа потенциально может иметь большой ресурс работы, поскольку снимаются все ограничения, связанные с воздействием энергонасыщенного рабочего вещества с элементами конструкции.

Реализация идей, заложенных в предлагаемую разработку, стала возможной благодаря прогрессу в исследовании плазменных процессов термоядерного синтеза, в развитии технологии высокотемпературных сверхпроводников и современной элементной базы высокочастотных генераторов. При создании такого двигателя разработчикам придется решить вопросы оптимизации плазменных процессов, разработки высокочастотного генератора, криогенных магнитных систем, а также систем питания и управления БПРД. Обеспечение решения этих задач потребует создания экспериментальной и испытательной стендовой базы.

НИЦ «Курчатовский институт» является основоположником работ по ЭРД в нашей стране. В институте имеется более чем полувековой опыт работ с различными типами плазменных ускорителей, включая безэлектродные, и значительный задел по сверхпроводящим магнитным системам. Работы по безэлектродным ускорителям различной мощности и сверхпроводящим магнитным системам активно ведутся в НИЦ «Курчатовский институт» в настоящее время.

Инициатором начала работ по БПРД в Интегрированной структуре АО «НПО Энергомаш» является АО «КБХА», которое начало заниматься ЭРД с 2010 года. Целью работ являлось создание магнитоплазмодинамического двигателя (МПДД) большой мощности. В качестве первого этапа был изготовлен демонстрационный образец МПДД мощностью до 10 кВт. Также совместно с Научно-исследовательским институтом прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института выполнена еще одна работа по ЭРД — создан высокочастотный ионный двигатель мощностью 300 Вт.

Типы

Ионные и плазменные приводы

Эти типы реактивных двигателей типа ракет используют электрическую энергию для получения тяги от топлива . В отличие от ракетных двигателей, эти типы двигателей не требуют сопел , и поэтому не считаются настоящими ракетами.

Электродвигатели для космических аппаратов можно разделить на три семейства в зависимости от типа силы, используемой для ускорения ионов плазмы:

Электростатический

Если ускорение вызвано в основном кулоновской силой (т. Е. Приложением статического электрического поля в направлении ускорения), устройство считается электростатическим. Типы:

  • Сетевой ионный двигатель

    • Готовность к применению солнечной технологии НАСА (NSTAR)
    • HiPEP
    • Радиочастотный ионный двигатель
  • Двигатель на эффекте Холла , включая его подтипы, стационарный плазменный двигатель (SPT) и двигатель с анодным слоем (TAL)
  • Коллоидно-ионный двигатель
  • Электродвигательная установка с автоэмиссией
  • Двигатель для извлечения поля наночастиц

Электротермический

Категория электротермических включает устройства, которые используют электромагнитные поля для генерации плазмы для повышения температуры основного топлива. Тепловая энергия, сообщаемая газу-вытеснителю, затем преобразуется в кинетическую энергию соплом из твердого материала или магнитных полей. Газы с низким молекулярным весом (например, водород, гелий, аммиак) являются предпочтительными пропеллентами для такого типа систем.

Электротермический двигатель использует сопло для преобразования тепла в линейное движение, поэтому это настоящая ракета, даже если энергия, производящая тепло, исходит от внешнего источника.

Характеристики электротермических систем по удельному импульсу (Isp) составляют от 500 до ~ 1000 секунд, но превышают характеристики двигателей на холодном газе , монотопливных ракет и даже большинства двухкомпонентных ракет . В СССР электротермические двигатели начали применяться в 1971 году; советский « Метеор-3 », «РЕСУРС-O» спутник серии «Метеор-Природа» и русский «Elektro» спутник оборудованы с ними. Электротермические системы Aerojet (MR-510) в настоящее время используются на спутниках Lockheed Martin A2100, использующих гидразин в качестве топлива.

  • Resistojet
  • Arcjet
  • Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (ВАЗИМР)

Электромагнитный

Электромагнитные двигатели ускоряют ионы либо силой Лоренца, либо действием электромагнитных полей, когда электрическое поле направлено не в направлении ускорения. Типы:

  • Безэлектродный плазменный двигатель
  • Магнитоплазмодинамический двигатель
  • Импульсный индуктивный двигатель
  • Импульсный плазменный двигатель
  • Двухслойное подруливающее устройство Helicon

Неионные приводы

Электродинамический трос

Электродинамические тросы — это длинные проводящие провода, такие как провод, развернутый от спутника троса , который может работать на электромагнитных принципах как генераторы , преобразовывая свою кинетическую энергию в электрическую , или как двигатели , преобразовывая электрическую энергию в кинетическую энергию. Электрический потенциал генерируется через проводящий трос в результате его движения через магнитное поле Земли. Выбор металлического проводника для электродинамического троса определяется такими факторами, как электрическая проводимость и плотность . Вторичные факторы, в зависимости от области применения, включают стоимость, прочность и температуру плавления.

Спорный

Некоторые предлагаемые методы движения явно нарушают известные в настоящее время законы физики, в том числе:

  • Квантовый вакуумный двигатель
  • EM Drive или Cannae Drive

Электродвигательные установки можно охарактеризовать как установившиеся (непрерывная работа в течение заданного времени) или нестационарные (импульсные зажигания, накапливающиеся до желаемого импульса ). Эти классификации могут применяться ко всем типам маршевых двигателей.

Возможные приложения

VASIMR имеет сравнительно низкую удельную тягу и требует окружающего вакуума.

Предлагаемые приложения для VASIMR, такие как быстрая транспортировка людей на Марс, потребуют очень мощного источника энергии с малой массой, в десять раз более эффективного, чем ядерный реактор (см. Ядерную электрическую ракету ). В 2010 году администратор НАСА Чарльз Болден сказал, что технология VASIMR может стать прорывной технологией, которая сократит время полета на Марс с 2,5 лет до 5 месяцев. Однако это утверждение не повторялось в последнее десятилетие.

В августе 2008 года Тим Гловер, директор по развитию Ad Astra, публично заявил, что первое ожидаемое применение двигателя VASIMR — это «транспортировка вещей с низкой околоземной орбиты на низкую лунную орбиту» в поддержку возвращения НАСА к Луне. .

Марс за 39 дней

Чтобы совершить воображаемое путешествие на Марс с экипажем за 39 дней, VASIMR потребуется уровень электрической мощности, намного превышающий все возможные или предсказанные в настоящее время.

Кроме того, любая технология производства электроэнергии будет производить отходящее тепло. Необходимый 200- мегаватный реактор «с удельной мощностью 1000 Вт на килограмм » ( цитата Диаса ) потребовал бы чрезвычайно эффективных радиаторов, чтобы избежать необходимости в «радиаторах размером с футбольное поле» ( цитата Зубрина ).

Миф или реальность?

Вечный двигатель знаком практически каждому еще со школьной скамьи, только на уроках физики четко утверждалось, что добиться практической реализации невозможно из-за сил трения в движущихся элементах. Среди современных разработок магнитных моторов представлены самоподдерживающие модели, в которых магнитный поток самостоятельно создает вращательное усилие и продолжает себя поддерживать в течении всего процесса работы. Но основным камнем преткновения является КПД любого двигателя, включая магнитный, так как он никогда не достигает 100%. Со временем мотор все равно остановится.

Поэтому все практические модели требуют повторного вмешательства через определенное время или каких-либо сторонних элементов, работающих от независимого источника питания. Наиболее вероятным вариантом бестопливных двигателей и генераторов выступает магнитная машина. В которой основной движущей силой будет магнитное взаимодействие между постоянными магнитами, электромагнитными полями или ферромагнитными материалами.

Актуальным примером реализации являются декоративные украшения, выполненные в виде постоянно двигающихся шаров, рамочек или других конструкций. Но для их работы необходимо использовать батарейки, которые питают постоянным током электромагниты. Поэтому далее рассмотрим тот принцип действия, который подает самые обнадеживающие ожидания.

Преимущества [ править ]

Теоретически подруливающие устройства MPD могут производить чрезвычайно высокие удельные импульсы (I sp ) со скоростью истечения до и выше110 000  м / с , что в три раза больше, чем у современных ионных двигателей на основе ксенона, и примерно в 25 раз лучше, чем у жидкостных ракет. Технология MPD также имеет потенциал для уровней тяги до 200 ньютонов (Н) (45  фунтов F ), что является самым высоким показателем для любой формы электрического движения и почти таким же высоким, как у многих межпланетных химических ракет. [ необходима цитата ] Это позволит использовать электрическую тягу в миссиях, которые требуют быстрых маневров треугольником (таких как захват на орбиту вокруг другой планеты), но с во много раз большей топливной экономичностью.

Похожие патенты RU2351800C1

название год авторы номер документа
ЭЛЕКТРОРАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) 2015
  • Баскаков Алексей Васильевич
  • Дронов Павел Александрович
  • Иванов Андрей Владимирович
  • Ильичев Виталий Александрович
  • Игнатов Алексей Сергеевич
RU2602468C1
Электродосветная лампа 1978
  • Агеев Владимир Петрович
  • Островский Валерий Георгиевич
SU746774A1
КАТОД ПЛАЗМЕННОГО УСКОРИТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) 2012
  • Ли Илларион Павлович
  • Пучков Павел Михайлович
  • Шутов Владимир Николаевич
RU2522702C1
РАКЕТНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ЭФФЕКТЕ ХОЛЛА И СТЕНД ДЛЯ ЕГО ИСПЫТАНИЙ 2020
  • Воронов Алексей Сергеевич
  • Троицкий Антон Алексеевич
  • Стародубов Антон Игоревич
RU2740078C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ПОРОШКОВ 1999
  • Ушаков А.В.
  • Редькин В.Е.
  • Безруких Г.Ф.
  • Ушакова Н.П.
RU2167743C2
ПЛАВИЛЬНАЯ ПЕЧЬ УСТАНОВКИ ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ПЛАВКИ 2011
  • Лайко Юрий Александрович
  • Островский Валерий Георгиевич
RU2504929C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФТОРУГЛЕРОДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ (ВАРИАНТЫ) И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
  • Суанероул Джакобас
  • Ломбаард Руан
RU2154624C2
УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ПЛАВКИ 2011
  • Лайко Юрий Александрович
  • Черашев Денис Валериевич
  • Островский Валерий Георгиевич
RU2486718C2
МНОГОПОЛОСТНОЙ КАТОД ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2019
  • Воронов Алексей Сергеевич
  • Егоров Игорь Дмитриевич
  • Самойленков Сергей Владимирович
RU2710455C1
ПЛАЗМЕННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Гизатуллин Салават Анатольевич
  • Галимов Энгель Рафикович
  • Даутов Гали Юнусович
  • Хазиев Ринат Маснавиевич
  • Гизатуллин Радик Анатольевич
  • Маминов Амир Салехович
RU2328096C1

Разработка

Визуализация CGI самополевого двигателя MPD Принстонского университета с питанием от лития (из журнала Popular Mechanics)

Технология подруливающего устройства MPD была изучена академически, но коммерческий интерес был низким из-за нескольких остающихся проблем. Одна из больших проблем заключается в том, что для оптимальной производительности требуется потребляемая мощность порядка сотен киловатт. Существующие энергосистемы межпланетных космических кораблей (такие как радиоизотопные термоэлектрические генераторы и солнечные батареи) неспособны производить такую ​​большую мощность. Ожидалось, что реактор НАСА « Прометей» будет вырабатывать мощность в сотни киловатт, но в 2005 году его производство было прекращено.

Проект для создания космического собирается ядерный реактор , предназначенный для генерации 600 киловатт электроэнергии началось в 1963 году и побежал на протяжении большей части 1960 — х годов в СССР . Это должно было привести в действие спутник связи, который в конце концов не получил одобрения. Ядерные реакторы, вырабатывающие киловатт электроэнергии (порядка десяти раз больше, чем нынешние источники питания РИТЭГов), были выведены на орбиту СССР: РОРСАТ ; и ТОПАЗ .

Планы по разработке мегаваттного ядерного реактора для использования на борту пилотируемого космического корабля были объявлены в 2009 году Российским ядерным Курчатовским институтом и национальным космическим агентством Роскосмос и подтверждены президентом России Дмитрием Медведевым в его послании Федеральному собранию в ноябре 2009 года .

Другой план, предложенный Брэдли С. Эдвардсом , заключается в передаче энергии с земли. Этот план предусматривает использование 5 200-киловаттных лазеров на свободных электронах с диаметром 0,84 микрометра с адаптивной оптикой на земле для передачи энергии на космический корабль с приводом от MPD, где он преобразуется в электричество с помощью фотоэлектрических панелей на основе GaAs . Настройка длины волны лазера 0,840 мкм ( 1,48 эВ на один фотон) и PV панели зонной из 1,43 эВ по отношению друг к другу дает расчетную эффективность преобразования 59% и прогнозируемую плотность мощности до 540 кВт / м 2 . Этого было бы достаточно для питания верхней ступени MPD, возможно, для подъема спутников с LEO на GEO.

Еще одна проблема с технологией MPD — это деградация катодов из-за испарения из-за высоких плотностей тока (превышающих 100 А / см 2 ). Использование смесей метательного топлива лития и бария и многоканальных полых катодов было показано в лаборатории как многообещающее решение проблемы катодной эрозии.

Почему вечный двигатель невозможен

Когда речь заходит о вечном двигателе, главная проблема — путаница в формулировках. Почему-то некоторые считают, что вечный двигатель – это машина, которая движется постоянно, что она никогда не останавливается. Эта правда, но лишь отчасти.

Действительно, если вы однажды установили и запустили вечный двигатель, он должен будет работать до «скончания времён». Назвать срок работы двигателя «долгим» или «продолжительным» – значит сильно преуменьшить его возможности. Однако, ни для кого не секрет, что вечного двигателя в природе нет и не может существовать.

Но как же быть с планетами, звездами и галактиками? Ведь все эти объекты находятся в постоянном движении, и это движение будет существовать постоянно, до тех пор пока существует Вселенная, пока не наступит время вечной, бесконечной, абсолютной темноты. Это ли не вечный двигатель?

Именно при ответе на этот вопрос и вскрывается та путаница в формулировках, о которой мы говорили в начале. Вечное движение не есть вечный двигатель! Само по себе движение во Вселенной «вечно». Движение будет существовать до тех пор, пока существует Вселенная. Но так называемый вечный двигатель — это устройство, которое не просто движется бесконечно, оно еще и вырабатывает энергию в процессе своего движения. Поэтому верно то определение, которое даёт Википедия:

Вечный двигатель — это воображаемое устройство, вырабатывающее полезную работу бо́льшую, чем количество сообщённой этому устройству энергии.

В интернете можно найти множество проектов, которые предлагают модели вечных двигателей. Глядя на эти конструкции, можно подумать, что они способны работать без остановки, постоянно вырабатывая энергию. Если бы нам действительно удалось спроектировать вечный двигатель, последствия были бы ошеломляющими. Это был бы вечный источник энергии, более того, бесплатной энергии. К сожалению, из-за фундаментальных законов физики нашей Вселенной, создание вечных двигателей невозможно. Разберёмся, почему это так.

Описание

Полевое подруливающее устройство MPD (SF-MPDT)

Магнитоплазмодинамический двигатель малой тяги состоит из расходящегося сопла, снабженного электродами . В центре сопла расположен катод в виде осевого металлического стержня. Круглый анод размещен по периметру «чашки для яиц» .

Из гидразина , или чаще инертного газа (обычно аргона или ксенона ) впрыскиваются в основании центрального стержня. Очень сильная электрическая дуга ( силой несколько тысяч ампер ) излучается в осевом направлении от катода, которая ионизирует газ (превращая его в плазму). Этот сильный осевой электрический ток индуцирует вокруг себя мощное азимутальное магнитное поле максимальной интенсивности в месте с наибольшей плотностью тока . Затем электрический ток распространяется радиально по венчику к аноду на выходе из сопла; именно здесь этот радиально выглядящий ток взаимодействует с азимутальным магнитным полем, создавая движущие силы Лоренца, направленные вдоль оси системы. Плазма электромагнитно ускоряется через расширяющийся выпускной патрубок, создавая тягу за счет реакции. Таким образом, в отличие от обычных космических двигателей, двигательная установка не является результатом сгорания .

Режимы работы

Вводимая энергия и возникающая в результате тяга чаще всего применяются непрерывно. Однако есть два режима работы силовой установки MPD:

  • SF-MPDT ( Self-полевой MagnetoPlasmaDynamic Движитель ): пропеллент МПД «индуцированное поле», где сильный электрический ток , испускаемый катодом индуцирует азимутального магнитного поля. В этом случае MPD с индуцированным полем очень похож на электротермический двигатель Arcjet , и его иногда называют «Arcjet MPD» как таковой.
  • АФ-MPDT ( Прикладной-полевой MagnetoPlasmaDynamic Движитель ): в дополнительном соленоиде окружает подруливающее устройство и обеспечивает дополнительное магнитное поле, улучшая удержание и выталкивание плазмы.

Из недостатков можно отметить значительную эрозию электродов и операцию, требующую электроэнергии в сотни киловатт, что далеко от того, что может предложить источник энергии на борту обычного космического корабля.

Улучшенный LFA или MPDT

Недавнее усовершенствование двигателей MPD — LFA ( Lorentz Force Accelerator ). По сравнению с «обычным» двигателем MPD, в LFA используется несколько катодных стержней внутри изолирующей трубки. Пропеллент, жидкость, циркулирует внутри трубы между стержнями. Только на выходе из трубки газ ионизируется, защищая катоды от эрозии. Существуют различные модели LFA, из которых две основные:

  • LiLFA ( литий-ускоритель силы Лоренца ): пропеллент — литий , вещество с низким потенциалом ионизации, испаряющееся на выходе из трубки. Двигатели этого типа прошли испытания в России в течение 500 часов непрерывно без заметной эрозии электродов. «Типичный» LiLFA, работающий с мощностью 200 кВтэ, обеспечивает постоянную тягу в 12 ньютонов, скорость выброса 45 км / с ( удельный импульс 4500 секунд) и тяговую эффективность 50%. Этот КПД достигает 30% от 30 кВтэ.
  • ALFA 2 ( Advanced Lithium-Fed / Applied-field Lorentz Force Accelerator ): высокопроизводительная версия AF-LiLFA (оснащенная соленоидом) с высоким КПД (более 60%), способная обеспечивать тягу 200 ньютонов на двигатель в мультидвигателе. -мегаваттного класса для будущих пилотируемых межпланетных кораблей.

[править] Принцип действия

Испытания ионного двигателя на ксеноне

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с 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, но требует больших затрат энергии.

В существующих реализациях для поддержки работы двигателя используются солнечные батареи. Но для работы в дальнем космосе такой способ неприемлем. Поэтому уже сейчас для этих целей иногда используются ядерные установки.

Источником ионов служит газ, как правило это аргон или водород, бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подаётся в отсек ионизации, получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева высокоэнергетическая плазма подается в магнитное сопло, где она формируется в поток посредством магнитного поля, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таким образом достигается тяга.

С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов, это электротермические двигатели, электростатические двигатели, сильноточные или магнитодинамические двигатели и импульсные двигатели. В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).

Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель. В ионизатор подается ксенон, который сам по себе нейтрален, 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 2 или 3 сеток. 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 корабль согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку, выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:

  • чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным;
  • чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом, не притягивались обратно к кораблю.

Чтобы ионный двигатель работал — нужны всего 2 вещи: газ и электричество.

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50-100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей. Однако разрабатываются более совершенные и мощные типы электроракетных двигателей (холловский и магнитоплазмодинамический), превосходящие ионный двигатель по величине тяги и как следствие конечной скорости космического аппарата.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector