Космическое движение электрическое движение
Космическое электрическое движение (или просто электрическая движения ) - это тип техники космического движения , который использует электростатические или электромагнитные поля для ускорения массы до высокой скорости и, таким образом, генерируя тягу для изменения скорости космического корабля на орбите. [ 1 ] Движение системы управляется электроникой питания .
Электрические двигатели обычно используют гораздо меньше пропеллента , чем химические ракеты, потому что они имеют более высокую скорость выхлопных газов (работают при более высоком конкретном импульсе ), чем химические ракеты. [ 1 ] Из -за ограниченной электрической мощности тяга намного слабее по сравнению с химическими ракетами, но электрическое движение может обеспечить тягу в течение более длительного времени. [ 2 ]
Электрическое движение было впервые продемонстрировано в 1960 -х годах и в настоящее время является зрелой и широко используемой технологией на космическом корабле. Американские и российские спутники использовали электрическое движение на протяжении десятилетий. [ 3 ] По состоянию на 2019 год [update], более 500 космических аппаратов, работающих по всей солнечной системе, использует электрическое движение для хранения станций , поднятия орбиты или первичного движения. [ 4 ] В будущем наиболее продвинутые электрические двигатели могут придать дельта-V 100 км/с (62 миль/с), что достаточно, чтобы взять космический корабль на внешние планеты солнечной системы (с ядерной энергией ) , но недостаточно для межзвездных путешествий . [ 1 ] [ 5 ] Электрическая ракета с внешним источником питания (пропускаемой через лазер на фотоэлектрических панелях ) имеет теоретическую возможность для межзвездного полета . [ 6 ] [ 7 ] Тем не менее, электрическое движение не подходит для запусков с поверхности Земли, так как она предлагает слишком небольшую тягу.
В путешествии на Марс, корабль с электрическим питанием может перенести 70% своей первоначальной массы в пункт назначения, в то время как химическая ракета могла носить только на несколько процентов. [ 8 ]
История
[ редактировать ]Идея электрического движения для космического корабля была введена в 1911 году Константином Циольковским . [ 9 ] [ 10 ] Ранее Роберт Годдард отметил такую возможность в своей личной записной книжке. [ 11 ]
15 мая 1929 года в советской лаборатории Лаборатория динамики динамики газ (GDL) начала разработку электрических ракетных двигателей. Возглавляется Валентином Глюшко , [ 12 ] В начале 1930 -х годов он создал первый в мире пример электротермического ракетного двигателя. [ 13 ] [ 14 ] Эта ранняя работа GDL постоянно продолжалась, а электрические ракетные двигатели использовались в 1960-х годах на борту космического корабля Voskhod 1 и зонда Zond-2 Mars. [ 15 ]
Первым испытанием электрического движения был экспериментальный ионный двигатель, который переносился на борту советского космического корабля Zond 1 в апреле 1964 года, [ 16 ] Однако они работали беспорядочно, возможно, из -за проблем с зондом. [ 17 ] Космический корабль Zond 2 также несет шесть импульсных плазменных двигателей (PPT), которые служили приводами системы управления отношением. Система двигателя PPT была протестирована в течение 70 минут 14 декабря 1964 года, когда космический корабль находился в 4,2 миллиона километров от Земли. [ 18 ]
Первой успешной демонстрацией ионового двигателя был космический корабль NASA SERT-1 (Space Electric Rocket Test). [ 19 ] [ 20 ] Он запущен 20 июля 1964 года и работал в течение 31 минуты. [ 19 ] Последующая миссия, запущенная 3 февраля 1970 года, SERT-2. Он нес два ионных двигателя, один работал более пяти месяцев, а другой - почти три месяца. [ 19 ] [ 21 ] [ 22 ]
Электроэлектрическое движение с ядерным реактором была рассмотрена Тони Мартином для межзвездного проекта Daedalus в 1973 году, но подход был отклонен из -за его профиля тяги , веса оборудования, необходимого для преобразования ядерной энергии в электроэнергию, и в результате небольшого ускорения , который займет столетие для достижения желаемой скорости. [ 23 ]
К началу 2010-х годов многие производители спутников предлагали варианты электрического двигателя на своих спутниках-в основном для управления отношением на орбите -в то время как некоторые операторы коммуникационных спутников начинали использовать их для геосинхронной вставки орбиты вместо традиционных химических ракетных двигателей . [ 24 ]
Типы
[ редактировать ]Ионные и плазменные диски
[ редактировать ]Эти типы ракетных реактивных двигателей используют электрическую энергию для получения тяги от топлива . [ 25 ]
Электрические движители для космического корабля могут быть сгруппированы в три семейства в зависимости от типа силы, используемой для ускорения ионов плазмы:
Электростатический
[ редактировать ]Если ускорение вызвано главным образом кулоновской силой (то есть применение статического электрического поля в направлении ускорения), устройство считается электростатическим. Типы:
- Сетчатый ионный груз
- Зал-эффектный двигатель , в том числе его подтипы стационарного плазменного двигателя (SPT) и подручи с слоем анода (TAL)
- Коллоидный ионный двигатель
- Электрическое движение полевого выброса
- Наночастичный поля для экстракции
Электротермический
[ редактировать ]Электротермические устройства групп категорий, которые используют электромагнитные поля для генерации плазмы для повышения температуры массового пропеллента. Тепловая энергия, передаваемая газу пропеллера, затем превращается в кинетическую энергию с помощью насадки из твердого материала или магнитных полей. Низкие молекулярные газы (например, водород, гелий, аммиак) являются предпочтительными пропеллентами для такого рода системы.
Электротермический двигатель использует сопло для преобразования тепла в линейное движение, поэтому это настоящая ракета, даже если энергия, производящая тепло, поступает от внешнего источника.
Производительность электротермических систем с точки зрения конкретного импульса (ISP) составляет от 500 до ~ 1000 секунд, но превышает производительность пролистов холодного газа , монопропеллантных ракет и даже большинства бипропеллянтских ракет . В СССР электротермические двигатели вошли в использование в 1971 году; Советский российский « Meteor-3 », «Meteor-Priroda», спутниковая серия «Resurs-O» и спутник «Электро» оборудованы с ними. [ 26 ] Электротермические системы с помощью Aerojet (MR-510) в настоящее время используются на Lockheed Martin спутниках A2100 с использованием гидразина в качестве пропеллера.
Электромагнитный
[ редактировать ]Электромагнитные двигатели ускоряют ионы либо силой Лоренца , либо эффектом электромагнитных полей, где электрическое поле не находится в направлении ускорения. Типы:
- Без электродированного плазменного грунта
- Магнитоплазмадинамический груз
- Импульсный индуктивный груз
- Пульсированный плазменный груз
- Helicon Double Layer Mruster
- Магнитное поле, колеблющееся усиленный двигатель
Неоткрытые диски
[ редактировать ]Фотоник
[ редактировать ]Фотонный диск взаимодействует только с фотонами.
Электродинамический привязка
[ редактировать ]Электродинамические Tethers - это давно проводящие провода, такие как один, развернутый со спутника привязки , который может работать на электромагнитных принципах в качестве генераторов , путем преобразования их кинетической энергии в электрическую энергию или в качестве двигателей , превращая электрическую энергию в кинетическую энергию. [ 27 ] Электрический потенциал генерируется через проводящую привязь благодаря его движению через магнитное поле Земли. Выбор металлического проводника , который будет использоваться в электродинамическом привязке, определяется такими факторами, как электрическая проводимость и плотность . Вторичные факторы, в зависимости от применения, включают в себя стоимость, прочность и температуру плавления.
Спорный
[ редактировать ]Некоторые предложенные методы движения, по-видимому, нарушают в настоящее время понятные законы физики, в том числе: [ 28 ]
Устойчиво против неустойчивого
[ редактировать ]Электрические движительные системы можно охарактеризовать как стабильный (непрерывное стрельбу в течение предписанной продолжительности), либо нестабильные (импульсные стрельбы, накапливающиеся до желаемого импульса ). Эти классификации могут быть применены ко всем типам двигательных двигателей.
Динамические свойства
[ редактировать ]Ракетные двигатели с электрическим питанием обеспечивают более низкую тягу по сравнению с химическими ракетами на несколько порядков из -за ограниченной электрической мощности, доступной в космическом корабле. [ 2 ] Химическая ракета напрямую придает энергию продуктам сгорания, тогда как электрическая система требует нескольких этапов. Тем не менее, высокая скорость и более низкая реакционная масса , затраченная на той же тяги, позволяют электрическим ракетам работать на меньшем топливе. Это отличается от типичного космического корабля с химическим питанием, где двигатели требуют большего топлива, требуя, чтобы космический корабль в основном следил за инерционной траекторией . Вблизи планеты, низкая тяга может не компенсировать гравитационную силу. Электрический ракетный двигатель не может обеспечить достаточную тягу, чтобы поднять автомобиль с поверхности планеты, но низкая тяга, применяемая на длительный интервал, может позволить космическому космическому космическому космическому Комрачности маневрировать возле планеты.
Смотрите также
[ редактировать ]- Магнитный парус , предлагаемая система, прикрепленная к солнечному ветру от солнца или любой звезды
- Список космических кораблей с электрическим движением , списком прошлого и предлагаемого космического корабля, который использовал электрическое движение
- Технологии ракетного движения (неоднозначности)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный в Choueiri, Edgar Y. (2009) New Dawn of Electric Rocket Scientific American 300, 58–65 Два : 10.1038/Scientific American0209-58
- ^ Jump up to: а беременный «Электрическое и химическое движение» . Электрическое пространство космического корабля . Эса Получено 17 февраля 2007 года .
- ^ «Исследование электрического движения в Институте фундаментальных технологических исследований» . 16 августа 2011 года. Архивировано из оригинала 16 августа 2011 года.
- ^ Лев, Дэн; Майерс, Роджер М.; Леммер, Кристиан М.; Коллек, Джонатан; Койзуми, Хироюки; Ползин, Курт (июнь 2019 г.). «Технологическое и коммерческое расширение электрического движения». Акт астронавтики 159 : 213–2 Bibcode : 2019acau.159..213L . doi : 10.1016/j.acourt . S2CID 115682651 .
- ^ "Choueiri, Edgar Y. (2009). Новый рассвет электрической ракеты" .
- ^ "Google Scholar" . Scholar.google.com .
- ^ Джеффри А. Лэндис. Лазерный межзвездный зонд, архивные 22 июля 2012 года на машине Wayback на Джеффри А. Лэндис: наука. Документы в Интернете
- ^ Бойл, Алан (29 июня 2017 г.). «Плазменный груз MSNW просто может запустить Конгресс при слушании по космическому движению» . Geekwire . Получено 15 августа 2021 года .
- ^ Палашевский, Брайан. «Электрическое движение для будущих космических миссий (PowerPoint)» . Электрическое движение для будущих космических миссий . НАСА Гленн Исследовательский центр. Архивировано из оригинала (PPT) 23 ноября 2021 года . Получено 31 декабря 2011 года .
- ^ Хуири, Эдгар (26 июня 2004 г.). «Критическая история электрического движения: первые пятьдесят лет (1906-1956)» . 40 -я AIAA/ASME/SAE/ASEE COMIT CONFERPION и выставка . Рестон, Виригина: Американский институт аэронавтики и астронавтики. doi : 10.2514/6.2004-3334 .
- ^ Choueiri, Edgar Y. (2004). «Критическая история электрического движения: первые 50 лет (1906–1956)» . Журнал движения и власти . 20 (2): 193–203. Citeseerx 10.1.1.573.8519 . doi : 10.2514/1,9245 .
- ^ Siddiqi, Asif (2000). Вызов Аполлону: Советский Союз и космическая гонка, 1945-1974 (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Национальная авиационная и космическая Управление, История НАСА Div. п. 6 Получено 11 июня 2022 года .
- ^ «Газовая динамическая лаборатория (на русском языке)» . История российской советской космонавтики . Получено 10 июня 2022 года .
- ^ Черток, Борис (31 января 2005 г.). Ракеты и люди (Том 1 изд.). Национальная авиационная и космическая администрация. С. 164–165 . Получено 29 мая 2022 года .
- ^ Глюшко, Валентин (1 января 1973 г.). Разработки ракетных и космических технологий в СССР . Novosti Press Pub. Дом. С. 12–13.
- ^ "Зонд 1" . НАСА космическая наука Данные Стученный архив . НАСА . Получено 28 февраля 2024 года .
- ^ Лепейдж, Эндрю (28 апреля 2014 г.). «… Попробуй, попробуй еще раз» . Космический обзор . Получено 28 февраля 2024 года .
- ^ Shchepetilov, VA (декабрь 2018 г.). «Разработка электроэлектрических двигателей в Институте атомной энергии Кучатов» . Физика атомных ядер . 81 (7): 988–999 . Получено 28 февраля 2024 года .
- ^ Jump up to: а беременный в Администратор, контент НАСА (14 апреля 2015 г.). «Вклад Гленна в Deep Space 1» . НАСА .
- ^ Cybulski, Ronald J.; Shellhammer, Daniel M.; Ловелл, Роберт Р.; Домино, Эдвард Дж.; Котник, Джозеф Т. (1965). «Результаты Sert I Ion Rocket Flight Test» (PDF) . НАСА . NASA-TN-D-2718.
- ^ НАСА Гленн, «Космическая электрическая ракетная тест II (SERT II)» Архивировано 27 сентября 2011 года на The Wayback Machine (по состоянию на 1 июля 2010 г.)
- ^ SERT ARACHIVED 25 октября 2010 года на странице Machine Wayback на AstroNautix (по состоянию на 1 июля 2010 г.)
- ^ «Проект DaeDalus: движущая система, часть 1; теоретические соображения и расчеты. 2. Обзор передовых двигательных систем» . Архивировано из оригинала 28 июня 2013 года.
- ^ Де Селдинг, Питер Б. (20 июня 2013 г.). «Электрические пропульсионные спутники-все это в моде» . Spacenews . Получено 6 февраля 2015 года .
- ^ Defelice, Дэвид (18 августа 2015 г.). «Иоонная тяга» . НАСА . Получено 31 января 2023 года .
- ^ «Нативные электрические двигатели сегодня» (на русском языке). Новости Космонавтики. 1999. Архивировано из оригинала 6 июня 2011 года.
- ^ NASA, Tethers in Space Randbook , под редакцией ML Cosmo и EC Lorenzini, третье издание декабрь 1997 года (по состоянию на 20 октября 2010 г.); См. Также версия в НАСА MSFC ; Доступно на Scribd
- ^ «Почему« электромагнитный диск »Шавиера - это мошенничество» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 25 августа 2014 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Лаборатория реактивного движения НАСА
- Технологическое и коммерческое расширение электрического движения - D. Lev et al. Технологическое и коммерческое расширение электрического движения
- Электрическая (ионная) движение , Университетский центр исследований атмосферных исследований, Университет Колорадо в Боулдере, 2000.
- Распределенная электроэнергия для электрического движения
- Choueiri, Edgar Y. (2009). Новый рассвет электрической ракеты
- Роберт Дж. Джан и Эдгар Й. Чуейри. Электрическое движение
- Университет штата Колорадо Электрический двигатель и лаборатория плазменной инженерии (CEPPE)
- Стационарные плазменные двигатели (PDF)
- электрическое пространство
- Публичные уроки извлечены вход: 0736
- Критическая история электрического движения: первые пятьдесят лет (1906–1956)-AIAA-2004-3334
- Aerospace America, публикация AIAA, декабрь 2005 г., Секция движения и энергетики, с. 54–55, написанная Митчеллом Уокером.
