✖


Jump to content

Ионный двигатель

Эта статья о своего рода реактивном двигателе. О концепции воздушного движения см. ionocraft .

мощностью 2,3   кВт Ионный двигатель NSTAR , разработанный НАСА для космического корабля Deep Space 1 во время огневых испытаний в Лаборатории реактивного движения (1999 г.)
Испытание ионного двигателя NEXIS (2005 г.)
Прототип ксенонового ионного двигателя проходит испытания в Лаборатории реактивного движения НАСА (2005 г.)

Ионный двигатель , ионный двигатель или ионный двигатель — это разновидность электрической силовой установки, используемой для движения космического корабля . Ионный двигатель создает облако положительных ионов из нейтрального газа, ионизируя его для извлечения некоторого количества электронов из его атомов . Затем ионы создания ускоряются с помощью электричества для тяги . Ионные двигатели подразделяются на электростатические и электромагнитные .

Ионы электростатического двигателя ускоряются под действием кулоновской силы вдоль направления электрического поля . Временно сохраненные электроны повторно инжектируются нейтрализатором в облако ионов после того, как оно прошло через электростатическую сетку, поэтому газ снова становится нейтральным и может свободно рассеиваться в пространстве без какого-либо дальнейшего электрического взаимодействия с двигателем.

Напротив, ионы электромагнитных двигателей ускоряются силой Лоренца , ускоряя все виды (свободные электроны, а также положительные и отрицательные ионы) в одном и том же направлении, независимо от их электрического заряда , и их конкретно называют плазменными двигательными установками , где электрическое поле не по направлению ускорения. [1] [2]

Работающие ионные двигатели обычно потребляют 1–7 кВт мощности , имеют скорости истечения около 20–50 км/с ( I sp 2000–5000   с), обладают тягой 25–250 мН и тяговым КПД 65–80%. [3] [4] хотя экспериментальные версии достигли мощности 100 кВт (130 л.с.), 5 Н (1,1 фунт- сила ). [5]

Космический корабль Deep Space 1 , оснащенный ионным двигателем, изменил скорость на 4,3 км/с (2,7 мили/с), потребляя при этом менее 74 кг (163 фунта) ксенона . Космический корабль Dawn побил рекорд, изменив скорость на 11,5 км/с (7,1 мили/с), хотя его эффективность была вдвое меньше, поскольку ему потребовалось 425 кг (937 фунтов) ксенона. [6]

Приложения включают контроль ориентации и положения орбитальных спутников (некоторые спутники имеют десятки маломощных ионных двигателей), использование в качестве основного маршевого двигателя для маломассивных роботизированных космических аппаратов (таких как Deep Space 1 и Dawn ), [3] [4] и служат двигательными установками для пилотируемых космических кораблей и космических станций (например, «Тяньгун» ). [7]

Двигатели с ионной тягой, как правило, практичны только в космическом вакууме, поскольку крошечная тяга двигателя не может преодолеть значительное сопротивление воздуха без радикальных изменений в конструкции, как это можно найти в концепции « Электрической двигательной установки, дышащей атмосферой ». Массачусетский технологический институт (MIT) создал конструкции, способные летать на короткие расстояния и на низких скоростях на уровне земли, используя сверхлегкие материалы и аэродинамические крылья с низким сопротивлением. Ионный двигатель обычно не может создать достаточную тягу для первоначального отрыва от любого небесного тела со значительной поверхностной гравитацией . По этим причинам космические корабли должны полагаться на другие методы, такие как обычные химические ракеты или неракетные технологии запуска, чтобы достичь своей начальной орбиты .

Происхождение

[ редактировать ]
Космический корабль СЭРТ-1

Первым человеком, написавшим статью, публично представившую эту идею, был Константин Циолковский в 1911 году. [8] Этот метод был рекомендован для условий, близких к вакууму на большой высоте, но тяга была продемонстрирована с использованием потоков ионизированного воздуха при атмосферном давлении. Идея снова появилась в книге Германа Оберта « Wege zur Raumschiffahrt» (1929; «Пути космического полета »), [9] где он объяснил свои мысли об экономии массы за счет электрической тяги, предсказал ее использование в космических кораблей двигательной установке и управлении ориентацией , а также выступил за электростатическое ускорение заряженных газов. [10]

Действующий ионный двигатель был построен Гарольдом Р. Кауфманом в 1959 году на НАСА базе Исследовательского центра Гленна . Он был похож на электростатический ионный двигатель с решеткой и в качестве топлива использовал ртуть . Суборбитальные испытания проводились в 1960-х годах, а в 1964 году двигатель был отправлен в суборбитальный полет на борту космического электроракетного испытания-1 (SERT-1). [11] [12] Он успешно проработал запланированную 31 минуту, прежде чем упал на Землю. [13] За этим испытанием последовало орбитальное испытание SERT-2 в 1970 году. [14] [15]

12 октября 1964 года «Восход-1» провел испытания ионных двигателей, прикрепленных к внешней части космического корабля. [16]

Альтернативная форма электрической силовой установки, двигатель на эффекте Холла , изучалась независимо в США и Советском Союзе в 1950-х и 1960-х годах. Двигатели на эффекте Холла работали на советских спутниках с 1972 года до конца 1990-х годов и в основном использовались для стабилизации спутников в направлениях север-юг и восток-запад. Около 100–200 двигателей выполнили миссии на советских и российских спутниках. [17] Проект советского двигателя был представлен Западу в 1992 году после того, как группа специалистов по электродвижению при поддержке Организации по противоракетной обороне посетила советские лаборатории.

Общий принцип работы

[ редактировать ]

Ионные двигатели используют пучки ионов (электрически заряженных атомов или молекул) для создания тяги в соответствии с законом сохранения импульса . Методы ускорения ионов различаются, но во всех конструкциях используется соотношение заряда и массы ионов. Это соотношение означает, что относительно небольшая разность потенциалов может создать высокую скорость выхлопа. Это уменьшает количество необходимой реакционной массы или топлива, но увеличивает требуемую удельную мощность по сравнению с химическими ракетами . Таким образом, ионные двигатели способны достигать высоких удельных импульсов . Недостатком малой тяги является низкое ускорение, поскольку масса электросилового агрегата напрямую коррелирует с количеством мощности. Эта низкая тяга делает ионные двигатели непригодными для вывода космических кораблей на орбиту, но эффективными для движения в космосе в течение более длительных периодов времени.

Ионные двигатели подразделяются на электростатические и электромагнитные . Основное отличие заключается в методе ускорения ионов.

  • Электростатические ионные двигатели используют силу Кулона и ускоряют ионы в направлении электрического поля.
  • Электромагнитные ионные двигатели используют силу Лоренца для ускорения ионов в направлении, перпендикулярном электрическому полю.

Электроэнергия для ионных двигателей обычно обеспечивается солнечными батареями . Однако на достаточно больших расстояниях от Солнца ядерную энергетику можно использовать . В каждом случае масса источника питания пропорциональна пиковой мощности, которую можно подать, и оба они не обеспечивают для этого приложения практически никаких ограничений по энергии. [18]

Электрические двигатели имеют тенденцию создавать низкую тягу, что приводит к низкому ускорению. Определение , стандартное гравитационное ускорение Земли , и отмечая, что , это можно проанализировать. Двигатель NSTAR с силой тяги 92 мН. [19] ускорит спутник массой 1   тонну на 0,092   Н/1000 кг = 9,2 × 10 −5  РС 2 (или 9,38 × 10 −6  г ). Однако это ускорение может поддерживаться месяцами или годами, в отличие от очень коротких запусков химических ракет.

Где:

Ионный двигатель — не самый перспективный тип двигательной установки космического корабля с электрическим приводом , но на сегодняшний день он является наиболее успешным на практике. [4] Ионному двигателю потребуется два дня, чтобы разогнать автомобиль до скорости шоссе в вакууме. Технические характеристики, особенно тяга , значительно уступают описанным в литературе прототипам, [3] [4] технические возможности ограничены объемным зарядом, создаваемым ионами. Это ограничивает плотность тяги ( сила поперечного сечения на площадь двигателя). [4] Ионные двигатели создают небольшие уровни тяги (тяга Deep Space 1 примерно равна весу одного листа бумаги). [4] ) по сравнению с обычными химическими ракетами , но достигают высокого удельного импульса или эффективности массы топлива за счет ускорения выхлопа до высокой скорости. Мощность , передаваемая выхлопу, увеличивается пропорционально квадрату скорости выхлопа, в то время как увеличение тяги линейно. ограничен И наоборот, химические ракеты обеспечивают высокую тягу, но общий импульс небольшим количеством энергии , которая может химически храниться в топливе. [20] Учитывая практический вес подходящих источников энергии, ускорение ионного двигателя часто составляет менее одной тысячной стандартной силы тяжести . Однако, поскольку они работают как электрические (или электростатические) двигатели, они преобразуют большую часть входной мощности в кинетическую мощность выхлопа. Химические ракеты работают как тепловые двигатели , а теорема Карно ограничивает скорость выхлопа.

Электростатические двигатели

[ редактировать ]

Электростатические ионные двигатели с решетками

[ редактировать ]
Основная статья: Ионный двигатель с решеткой
Схема работы электростатического ионного двигателя с решеткой (многополюсного типа с магнитной каспой).

Разработка решетчатых электростатических ионных двигателей началась в 1960-х годах. [21] и с тех пор они используются для движения коммерческих спутников. [22] [23] [24] и научные миссии. [25] [26] Их главная особенность состоит в том, что процесс ионизации топлива физически отделен от процесса ускорения ионов. [27]

Процесс ионизации происходит в разрядной камере, где при бомбардировке топлива энергичными электронами по мере передачи энергии выбрасываются валентные электроны из атомов порохового газа. Эти электроны могут быть доставлены нитью горячего и катода ускорены за счет разности потенциалов по направлению к аноду. Альтернативно, электроны могут ускоряться с помощью колеблющегося индуцированного электрического поля, создаваемого переменным электромагнитом, что приводит к самоподдерживающемуся разряду без катода (радиочастотный ионный двигатель).

Положительно заряженные ионы извлекаются системой, состоящей из 2 или 3 многоапертурных решеток. После входа в сеточную систему вблизи плазменного слоя ионы ускоряются за счет разности потенциалов между первой и второй сетками (называемыми экранной сеткой и сеткой ускорителя соответственно) до конечной энергии ионов (обычно) 1–2 кэВ. , который создает тягу.

Ионные двигатели излучают луч положительно заряженных ионов. Чтобы космический корабль не накапливал заряд, еще один катод рядом с двигателем размещается , который испускает электроны в ионный луч, оставляя топливо электрически нейтральным. Это предотвращает притяжение (и возвращение) пучка ионов к космическому кораблю, что могло бы отменить тягу. [13]

Исследование решетчатого электростатического ионного двигателя (прошлое/настоящее):

Двигатели на эффекте Холла

[ редактировать ]
Основная статья: Двигатель на эффекте Холла
Схема двигателя на эффекте Холла

Двигатели на эффекте Холла ускоряют ионы посредством электрического потенциала между цилиндрическим анодом и отрицательно заряженной плазмой, образующей катод. Основная часть топлива (обычно ксенона) вводится вблизи анода, где оно ионизируется и течет к катоду; ионы ускоряются по направлению к нему и сквозь него, подхватывая уходящие электроны, чтобы нейтрализовать луч и покинуть двигатель на высокой скорости.

Анод находится на одном конце цилиндрической трубки. В центре находится шип, который намотан для создания радиального магнитного поля между ним и окружающей трубкой. Ионы практически не подвержены влиянию магнитного поля, поскольку они слишком массивны. Однако электроны, образующиеся возле конца шипа для создания катода, улавливаются магнитным полем и удерживаются на месте за счет притяжения к аноду. Некоторые электроны спускаются по спирали к аноду, циркулируя вокруг всплеска тока Холла . Когда они достигают анода, они воздействуют на незаряженное топливо и вызывают его ионизацию, прежде чем, наконец, достичь анода и замкнуть цепь. [30]

Автоэмиссионная электрическая двигательная установка

[ редактировать ]
Основная статья: Автоэмиссионная электрическая двигательная установка

В двигателях с автоэмиссионной электрической двигательной установкой (FEEP) может использоваться цезиевое или индиевое топливо. Конструкция включает небольшой резервуар с топливом, в котором хранится жидкий металл, узкую трубку или систему параллельных пластин, через которые протекает жидкость, и ускоритель (кольцо или удлиненное отверстие в металлической пластине) примерно на миллиметре от конца трубки. Цезий и индий используются из-за их большого атомного веса, низкого потенциала ионизации и низких температур плавления. Как только жидкий металл достигает конца трубки, электрическое поле, приложенное между эмиттером и ускорителем, заставляет поверхность жидкости деформироваться в ряд выступающих выступов или конусов Тейлора . При достаточно высоком приложенном напряжении положительные ионы извлекаются из кончиков конусов. [31] [32] [33] Электрическое поле, создаваемое эмиттером и ускорителем, ускоряет ионы. Внешний источник электронов нейтрализует поток положительно заряженных ионов, чтобы предотвратить зарядку космического корабля.

Электромагнитные двигатели

[ редактировать ]
Основная статья: Плазменный маршевый двигатель

Импульсные индуктивные двигатели

[ редактировать ]
Основная статья: Импульсный индуктивный двигатель

Импульсные индуктивные двигатели (PIT) используют импульсы вместо непрерывной тяги и способны работать на уровнях мощности порядка мегаватт (МВт). PIT состоят из большой катушки , окружающей трубку конической формы, из которой выбрасывается пороховой газ. Аммиак – наиболее часто используемый газ. При каждом импульсе в группе конденсаторов позади катушки накапливается большой заряд, который затем высвобождается. Это создает ток, который движется по кругу в направлении jθ. Затем ток создает магнитное поле во внешнем радиальном направлении (Br), которое затем создает ток в только что выпущенном газе в направлении, противоположном исходному току. Этот противоположный ток ионизирует аммиак. Положительно заряженные ионы ускоряются от двигателя благодаря электрическому полю jθ, пересекающему магнитное поле Br из-за силы Лоренца. [34]

Магнитоплазмодинамический двигатель

[ редактировать ]
Основная статья: Магнитоплазмодинамический двигатель

Магнитоплазмодинамические двигатели (MPD) и двигатели литиевого силового ускорителя Лоренца (LiLFA) используют примерно одну и ту же идею. Двигатель LiLFA создан на основе двигателя MPD. водород , аргон , аммиак и азот В качестве топлива можно использовать . В определенной конфигурации окружающий газ на низкой околоземной орбите в качестве топлива может использоваться (НОО). Газ поступает в основную камеру, где он ионизируется в плазму электрическим полем между анодом и катодом . Затем эта плазма проводит электричество между анодом и катодом, замыкая цепь. Этот новый ток создает вокруг катода магнитное поле, которое пересекается с электрическим полем, тем самым ускоряя плазму за счет силы Лоренца.

Двигатель LiLFA использует ту же общую идею, что и двигатель MPD, но с двумя основными отличиями. Во-первых, LiLFA использует пары лития, которые можно хранить в твердом виде. Другое отличие состоит в том, что одиночный катод заменяется несколькими катодными стержнями меньшего размера, упакованными в полую катодную трубку. Катоды МПД легко подвергаются коррозии из-за постоянного контакта с плазмой. В двигателе LiLFA пары лития впрыскиваются в полый катод и не ионизируются до образования плазмы/коррозии катодных стержней до тех пор, пока не покинут трубку. Затем плазма ускоряется с помощью той же силы Лоренца . [35] [36] [37]

В 2013 году российская компания « Конструкторское бюро химической автоматики» успешно провела стендовые испытания двигателя MPD для дальних космических путешествий. [38]

Безэлектродные плазменные двигатели

[ редактировать ]
Основная статья: Безэлектродный плазменный двигатель

Безэлектродные плазменные двигатели имеют две уникальные особенности: отсутствие анодного и катодного электродов и возможность дросселирования двигателя. Удаление электродов устраняет эрозию, которая ограничивает срок службы других ионных двигателей. Нейтральный газ сначала ионизируется электромагнитными волнами , а затем переносится в другую камеру, где ускоряется колеблющимся электрическим и магнитным полем, также известным как пондеромоторная сила . Такое разделение ступеней ионизации и разгона позволяет дросселировать поток топлива, что затем изменяет величину тяги и значения удельного импульса. [39]

Двухслойные двигатели Helicon

[ редактировать ]
Основная статья: Двухслойный двигатель Helicon

Двухслойный геликонный двигатель — это тип плазменного двигателя, который выбрасывает ионизированный газ с высокой скоростью для создания тяги . В этой конструкции газ впрыскивается в трубчатую камеру ( трубку-источник ) с одним открытым концом. Радиочастотный переменный ток ( 13,56 МГц в конструкции прототипа) подается в антенну специальной формы , обернутую вокруг камеры. Электромагнитная волна , излучаемая антенной, заставляет газ расщепляться и образовывать плазму. Затем антенна возбуждает геликоновую волну в плазме, которая еще больше нагревает ее. Устройство имеет примерно постоянное магнитное поле в трубке источника (подаваемое соленоидами в прототипе), но магнитное поле расходится и быстро уменьшается по величине по мере удаления от области источника, и его можно рассматривать как своего рода магнитное сопло . В процессе работы резкая граница разделяет плазму высокой плотности внутри области источника и плазму низкой плотности в выхлопе, что связано с резким изменением электрического потенциала. Свойства плазмы быстро изменяются на этой границе, которая известна как бестоковый электрический двойной слой . Электрический потенциал внутри области источника намного выше, чем в области выхлопа, и это служит как для удержания большей части электронов, так и для ускорения ионов вдали от области источника. Достаточное количество электронов покидает область источника, чтобы гарантировать, что плазма в выхлопе в целом нейтральна.

Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR)

[ редактировать ]
Основная статья: Магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом

Предлагаемая магнитоплазменная ракета с переменным удельным импульсом (VASIMR) работает за счет использования радиоволн для ионизации топлива в плазму, а затем использования магнитного поля для ускорения плазмы из задней части ракетного двигателя для создания тяги. VASIMR в настоящее время разрабатывается компанией Ad Astra Rocket Company со штаб-квартирой в Хьюстоне , штат Техас , при поддержке канадской компании Nautel , производящей радиочастотные генераторы мощностью 200 кВт для ионизирующего топлива. Некоторые компоненты и эксперименты с «плазменными выстрелами» проходят испытания в лаборатории, расположенной в Либерии, Коста-Рика . Этот проект возглавляет бывший астронавт НАСА Франклин Чанг-Диас (CRC-США). Обсуждался вариант установки испытательного двигателя VASIMR мощностью 200 кВт снаружи Международной космической станции в рамках плана по испытаниям VASIMR в космосе; однако планы проведения этого испытания на борту МКС были отменены НАСА в 2015 году , и вместо этого Ad Astra обсуждала свободно летающий тест VASIMR. [40] Предполагаемый двигатель мощностью 200 МВт мог бы сократить продолжительность полета с Земли на Юпитер или Сатурн с шести лет до четырнадцати месяцев, а на Марс — с 7 месяцев до 39 дней. [41]

СВЧ-электротермические двигатели

[ редактировать ]
СВЧ-электротермический двигатель
Компоненты двигателя
Компоненты двигателя
Разгрузочная камера
Разрядная камера

В рамках исследовательского гранта Исследовательского центра Льюиса НАСА в 1980-х и 1990-х годах Мартин К. Хоули и Джес Асмуссен возглавили группу инженеров по разработке микроволнового электротермического двигателя (МЕТ). [42]

В разрядной камере микроволновая (МВт) энергия течет в центр, содержащий высокий уровень ионов нейтральных частиц в газообразном топливе (I), вызывая ионизацию . Возбужденные частицы вытекают (FES) через область с низким содержанием ионов (II) в нейтральную область (III), где ионы завершают рекомбинацию , замещаясь потоком нейтральных частиц (FNS) к центру. Между тем, энергия теряется на стенках камеры за счет теплопроводности и конвекции ( HCC), а также излучения (Rad). Оставшаяся энергия, поглощенная газообразным топливом, преобразуется в тягу .

Радиоизотопный двигатель

[ редактировать ]

Была предложена теоретическая двигательная установка на основе альфа-частиц ( He 2+
или 4
2 Он 2+
указывающий на ион гелия с зарядом +2), испускаемый из радиоизотопа однонаправленно через отверстие в его камере. Нейтрализующая электронная пушка будет производить небольшую тягу с высоким удельным импульсом порядка миллионов секунд из-за высокой релятивистской скорости альфа-частиц. [43]

В варианте этого метода используется сетка на основе графита с высоким статическим постоянным напряжением для увеличения тяги, поскольку графит имеет высокую прозрачность для альфа-частиц , если он также облучается коротковолновым ультрафиолетовым светом правильной длины волны от твердотельного излучателя. Это также позволяет использовать источники с меньшей энергией и более длительным периодом полураспада, что было бы выгодно для космического применения. Засыпка гелием также была предложена как способ увеличения длины свободного пробега электронов.

Сравнения

[ редактировать ]
Данные испытаний некоторых ионных двигателей
подруливающее устройство Порох Вход
мощность (кВт) 		Специфический
импульс (ы) 		Толкать
(мН) 		подруливающее устройство
масса (кг) 		Примечания
НСТАР Ксенон 2.3 1700 – 3300 [44] 92 макс. [19] 8.33 [45] Используется на космических зондах Deep Space 1 и Dawn .
ППС-1350 Эффект Холла Ксенон 1.5 1660 90 5.3
СЛЕДУЮЩИЙ [19] Ксенон 6.9 [46] 4190 [46] [47] [48] 236 макс. [19] [48] <13,5 [49] Используется в миссии DART.
Х3 [50] Эффект Холла Ксенон или Криптон [51] 102 [50] 1800–2650 [52] 5400 [50] 230 [52] [50]
СОЕДИНЕНИЯ [53] Ксенон 20.5
РИТ 22 [54] Ксенон 5
БХТ-8000 [55] Ксенон 8 2210 449 25
Эффект Холла Ксенон 75 [ нужна ссылка ]
FEEP Жидкий свинец 6×10 −5 –0.06 6000 – 10 000 [32] 0.001–1 [32]
НПТ30-И2 Йод 0.034–0.066 [56] 1000 – 2500 [56] 0.5–1.5 [56] 1.2
Starlink Gen1 Эффект Холла [57] Криптон [57] ~1667 ~70.83
Starlink Gen2 Эффект Холла [57] Аргон [57] 4.2 [57] 2500 [57] 170 [57] 2.1 [57] Используется в мини-спутниках Starlink V2 .
АЭПС [58] Ксенон 13.3 2900 600 25 Для использования в модуле PPE Lunar Gateway .
Экспериментальные двигатели (на сегодняшний день миссий нет)
подруливающее устройство Порох Вход
мощность (кВт) 		Специфический
импульс (ы) 		Толкать
(мН) 		подруливающее устройство
масса (кг) 		Примечания
Эффект Холла Висмут 1.9 [59] 1520 (анод) [59] 143 (выписка) [59]
Эффект Холла Висмут 25 [ нужна ссылка ]
Эффект Холла Висмут 140 [ нужна ссылка ]
Эффект Холла Йод 0.2 [60] 1510 (анод) [60] 12,1 (разряд) [60]
Эффект Холла Йод 7 [61] 1950 [61] 413 [61]
HiPEP Ксенон 20–50 [62] 6000 – 9000 [62] 460–670 [62]
МПДТ Водород 1500 [63] 4900 [63] 26 300 [ нужна ссылка ]
МПДТ Водород 3750 [63] 3500 [63] 88 500 [ нужна ссылка ]
МПДТ Водород 7500 [ нужна ссылка ] 6000 [ нужна ссылка ] 60 000 [ нужна ссылка ]
ЛиЛФА Пары лития 500 4077 [ нужна ссылка ] 12 000 [ нужна ссылка ]
FEEP Жидкий свинец 6×10 −5 –0.06 6000 – 10 000 [32] 0.001–1 [32]
ВАСИМР Аргон 200 3000 – 12 000 Примерно 5000 [64] 620 [65]
КОТ [66] Ксенон, йод, вода [67] 0.01 690 [68] [69] 1,1–2 (73 мН/кВт) [67] <1 [67]
ДС4Г Ксенон 250 19 300 2500 макс. 5
КЛИМТ Криптон 0.5 [70] 4 [70]
ИД-500 Ксенон [71] 32–35 7140 375–750 [72] 34.8 Для использования в TEM

Продолжительность жизни

[ редактировать ]

Низкая тяга ионных двигателей требует непрерывной работы в течение длительного времени для достижения необходимого изменения скорости ( дельта-v ) для конкретной миссии. Ионные двигатели предназначены для обеспечения непрерывной работы в течение интервалов от недель до лет.

Срок службы электростатических ионных двигателей ограничен несколькими процессами.

Ресурс решетчатого подруливающего устройства

[ редактировать ]

В конструкциях с электростатической сеткой ионы перезарядки, создаваемые ионами пучка с потоком нейтрального газа, могут ускоряться по направлению к отрицательно смещенной сетке ускорителя и вызывать эрозию сетки. Окончание срока службы наступает, когда либо структура сетки выходит из строя, либо отверстия в сетке становятся достаточно большими, что существенно влияет на извлечение ионов – например, из-за возникновения обратного потока электронов. Эрозию сетки невозможно избежать, и она является основным фактором, ограничивающим срок службы. Тщательная конструкция решетки и выбор материалов обеспечивают срок службы 20 000 часов и более.

Испытание электростатического ионного двигателя NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR) привело к непрерывной тяге на максимальной мощности в течение 30 472 часов (примерно 3,5 года). Послеиспытательное обследование показало, что двигатель не приближается к отказу. [73] [3] [4] NSTAR в течение многих лет действовала на «Рассвете» .

Проект НАСА «Эволюционный ксеноновый двигатель» (NEXT) работал непрерывно более 48 000 часов. [74] Испытание проводилось в испытательной камере с высоким вакуумом. За время испытаний, продолжавшихся более пяти с половиной лет, двигатель израсходовал около 870 килограммов ксенонового топлива. Общий генерируемый импульс потребует более 10 000 килограммов обычного ракетного топлива для аналогичного применения.

Срок службы двигателя на эффекте Холла

[ редактировать ]

Двигатели на эффекте Холла страдают от сильной эрозии керамической разрядной камеры под воздействием энергичных ионов: результаты испытаний были опубликованы в 2010 году. [75] показал эрозию около 1 мм на сто часов работы, хотя это не соответствует наблюдаемому времени жизни на орбите в несколько тысяч часов.

Ожидается, что усовершенствованная электрическая двигательная система (AEPS) проработает около 5000 часов, и цель конструкции – создать летную модель, период полураспада которой составит не менее 23 000 часов. [76] и полный срок службы около 50 000 часов. [77]

Пороха

[ редактировать ]

Энергия ионизации представляет собой большой процент энергии, необходимой для запуска ионных двигателей. Таким образом, идеальное топливо легко ионизируется и имеет высокое соотношение масса/энергия ионизации. Кроме того, топливо не должно в значительной степени разрушать подруливающее устройство, чтобы обеспечить длительный срок службы, и не должно загрязнять транспортное средство. [78]

Во многих современных конструкциях используется газ ксенон , поскольку он легко ионизируется, имеет достаточно высокий атомный номер, инертен и вызывает низкую эрозию. Однако ксенон во всем мире дефицитен и дорог (около 3000 долларов за кг в 2021 году). [79]

В некоторых старых конструкциях ионных двигателей использовалось ртутное топливо. Однако ртуть токсична, имеет тенденцию загрязнять космические корабли, и ее трудно правильно подавать. Современный коммерческий прототип может успешно использовать ртуть [80] однако ртуть была официально запрещена в качестве топлива в 2022 году Минаматской конвенцией о ртути . [81]

В 2018–2023 годах криптон использовался для топлива двигателей на эффекте Холла на борту интернет-спутников Starlink , отчасти из-за его более низкой стоимости, чем обычное ксеноновое топливо. [82] Спутники Starlink V2-mini с тех пор перешли на аргоновые двигатели на эффекте Холла, обеспечивающие более высокий удельный импульс. [83]

Другие виды топлива, такие как висмут и йод , перспективны как для безрешетчатых конструкций, таких как двигатели на эффекте Холла, так и для двигателей с эффектом Холла. [59] [60] [61] и ионные двигатели с решетчатой ​​решеткой. [84]

Йод впервые был использован в качестве топлива в космосе в NPT30-I2 ионном двигателе с решеткой компании ThrustMe на борту миссии Beihangkongshi-1, запущенной в ноябре 2020 года. [85] [86] [87] с обширным отчетом, опубликованным годом позже в журнале Nature . [88] Амбиполярный двигатель CubeSat (CAT), используемый в марсианской группе спутников для исследования ионосферы с использованием миссии CubeSat Ambipolar Thruster (MARS-CAT), также предлагает использовать твердый йод в качестве топлива для минимизации объема хранения. [68] [69]

Конструкция VASIMR (и других плазменных двигателей) теоретически способна использовать в качестве топлива практически любой материал. Однако в текущих испытаниях наиболее практичным топливом является аргон , который относительно распространен и недорог.

Энергоэффективность

[ редактировать ]
Сюжет   мгновенная тяговая эффективность и   общий КПД автомобиля, разгоняющегося из состояния покоя, в процентах от КПД двигателя. Обратите внимание, что пиковая эффективность автомобиля достигается при скорости выхлопа примерно в 1,6 раза.

Эффективность ионного двигателя — это кинетическая энергия выхлопной струи, выбрасываемой в секунду, деленная на электрическую мощность, подаваемую в устройство.

системы Общая энергоэффективность определяется тяговым КПД , который зависит от скорости автомобиля и скорости выхлопа. Некоторые двигатели могут изменять скорость выхлопа во время работы, но все они могут быть спроектированы с разной скоростью выхлопа. На нижнем конце удельного импульса I sp общая эффективность падает, поскольку ионизация занимает больший процент энергии, а на верхнем конце тяговая эффективность снижается.

Оптимальную эффективность и скорость выхлопа для любой конкретной миссии можно рассчитать, чтобы получить минимальные общие затраты.

Миссии

[ редактировать ]

Ионные двигатели имеют множество применений в космосе. Лучшие приложения используют длинный интервал полета, когда значительная тяга не требуется . Примеры этого включают переводы на орбиту, корректировку ориентации , компенсацию сопротивления на низких околоземных орбитах , точную настройку для научных миссий и транспортировку грузов между складами топлива , например, для химического топлива. Ионные двигатели также могут использоваться для межпланетных полетов и полетов в дальний космос, где скорость ускорения не имеет решающего значения. Ионные двигатели считаются лучшим решением для этих миссий, поскольку они требуют большого изменения скорости, но не требуют быстрого ускорения. Непрерывная тяга в течение длительного времени может достигать высоких скоростей, потребляя при этом гораздо меньше топлива, чем традиционные химические ракеты.

Демонстрационные автомобили

[ редактировать ]

ЖЕСТКИЙ

[ редактировать ]

Ионные двигательные установки были впервые продемонстрированы в космосе в ходе миссий NASA Lewis (ныне Исследовательский центр Гленна) Space Electric Rocket Test (SERT)-1 и SERT-2A. [25] Суборбитальный полет SERT -1 был запущен 20 июля 1964 года и успешно доказал, что технология работает в космосе так, как было предсказано. Это были электростатические ионные двигатели, использовались ртуть и цезий в которых в качестве реакционной массы . SERT-2A, запущенный 4 февраля 1970 г. [14] [89] проверил работу двух ртутно-ионных двигателей в течение тысяч часов работы. [14]

Оперативные миссии

[ редактировать ]

Ионные двигатели обычно используются для удержания позиций коммерческих и военных спутников связи на геостационарной орбите. Советский Союз был пионером в этой области, используя стационарные плазменные двигатели (СПД) на спутниках с начала 1970-х годов.

ЕКА Два геостационарных спутника ( «Артемида» в 2001–2003 гг. [90] вооруженных сил США и AEHF-1 в 2010–2012 гг. [91] ) использовал ионный двигатель для изменения орбиты после отказа химического ракетного двигателя. Боинг [92] начали использовать ионные двигатели для поддержания станции в 1997 году и планировали в 2013–2014 годах предложить вариант на своей платформе 702 без химического двигателя и ионных двигателей для подъема на орбиту; это позволяет значительно снизить стартовую массу для заданных возможностей спутника. AEHF-2 использовал химический двигатель, чтобы поднять перигей до 16 330 км (10 150 миль) и выйти на геостационарную орбиту с использованием электрической силовой установки. [93]

На околоземной орбите

[ редактировать ]
Космическая станция Тяньгун
[ редактировать ]

Китайская космическая станция Тяньгун оснащена ионными двигателями. Его основной модуль «Тяньхэ» приводится в движение как химическими двигателями, так и четырьмя двигателями на эффекте Холла. [94] которые используются для корректировки и поддержания орбиты станции. Разработка двигателей на эффекте Холла считается деликатной темой в Китае, поскольку ученые «работают над улучшением технологии, не привлекая внимания». Двигатели на эффекте Холла созданы с учетом безопасности экипажа и предотвращения эрозии и повреждений, вызванных ускоренными ионными частицами. Магнитное поле и специально разработанный керамический экран были созданы для отражения повреждающих частиц и поддержания целостности двигателей. По данным Китайской академии наук , ионный двигатель, используемый на Тяньгуне, непрерывно работал в течение 8240 часов без сбоев, что указывает на их пригодность для установленного 15-летнего срока службы китайской космической станции. [95] Это первый в мире двигатель Холла, выполняющий миссию с участием человека. [7]

[ редактировать ]

SpaceX компании Starlink Группировка спутников использует двигатели на эффекте Холла, работающие на криптоне или аргоне, для подъема на орбиту, выполнения маневров и схода с орбиты в конце их использования. [96]

РАДОСТЬ
[ редактировать ]

(GOCE) ЕКА Исследователь гравитационного поля и стационарной циркуляции океана был запущен 16 марта 2009 года. В течение своей двадцатимесячной миссии он использовал ионную тягу для борьбы с сопротивлением воздуха, которое он испытывал на своей низкой орбите (высота 255 километров). перед намеренным сходом с орбиты 11 ноября 2013 года.

В глубоком космосе

[ редактировать ]
Глубокий космос 1
[ редактировать ]

НАСА разработало ионный двигатель NSTAR для использования в межпланетных научных миссиях, начиная с конца 1990-х годов. Он был испытан в космосе на космическом зонде Deep Space 1 , запущенном в 1998 году. Это было первое использование электрической двигательной установки в качестве межпланетной двигательной системы в научной миссии. [25] Основываясь на критериях проектирования НАСА, исследовательская лаборатория Хьюза разработала ксенон-ионную двигательную установку (XIPS) для удержания станции на геостационарных спутниках . [97] Компания Hughes (EDD) изготовила двигатель NSTAR, используемый на космическом корабле.

Хаябуса и Хаябуса2
[ редактировать ]

Японского агентства аэрокосмических исследований Космический зонд «Хаябуса» был запущен в 2003 году и встретился с астероидом 25143 Итокава . Он был оснащен четырьмя ионно-ксеноновыми двигателями, которые использовали микроволновый электронный циклотронный резонанс для ионизации топлива и устойчивый к эрозии углерод/углеродный композитный материал для ускоряющей решетки. [98] Хотя ионные двигатели на Хаябусе столкнулись с техническими трудностями, реконфигурация в полете позволила отремонтировать один из четырех двигателей и позволила миссии успешно вернуться на Землю. [99]

Hayabusa2 , запущенный в 2014 году, был основан на Hayabusa. Он также использовал ионные двигатели. [100]

Умный 1
[ редактировать ]

Европейского космического агентства Спутник SMART-1 был запущен в 2003 году с использованием двигателя Snecma PPS-1350 -G Hall для вывода с GTO на лунную орбиту. Этот спутник завершил свою миссию 3 сентября 2006 года в результате контролируемого столкновения с поверхностью Луны после отклонения траектории, поэтому ученые смогли увидеть 3-метровый кратер, образовавшийся в результате удара на видимой стороне Луны.

Рассвет
[ редактировать ]

Dawn был запущен 27 сентября 2007 года для исследования астероида Веста и карликовой планеты Церера . Он использовал три ксеноновых ионных двигателя, унаследованных от Deep Space 1 (запускающих по одному). двигатель Dawn Ионный способен разогнаться от 0 до 97 км/ч (60 миль в час) за 4 дня непрерывной работы. [101] Миссия завершилась 1 ноября 2018 года, когда у космического корабля закончилось гидразиновое химическое топливо для двигателей ориентации. [102]

ЛИЗА Следопыт

[ редактировать ]

LISA Pathfinder — космический корабль ЕКА , запущенный в 2015 году на орбиту точки L1 Солнце-Земля. Он не использует ионные двигатели в качестве основной двигательной системы, но использует как коллоидные двигатели , так и FEEP для точного управления ориентацией - низкие тяги этих двигательных устройств позволяют точно перемещать космический корабль на возрастающие расстояния. Это испытание для миссии LISA . Миссия завершилась 30 декабря 2017 года.

БепиКоломбо

[ редактировать ]

ЕКА Миссия BepiColombo была запущена к Меркурию 20 октября 2018 года. [103] Он использует ионные двигатели в сочетании с пролетами, чтобы добраться до Меркурия, где химическая ракета завершит вывод на орбиту.

Тест перенаправления двойного астероида

[ редактировать ]

(DART) НАСА Испытание двойного перенаправления астероидов было запущено в 2021 году, и его ксеноново-ионный двигатель NEXT-C проработал около 1000 часов, чтобы достичь целевого астероида 28 сентября 2022 года.

Психика

[ редактировать ]

Космический корабль НАСА «Психея» был запущен в 2023 году и использует ксеноново-ионный двигатель SPT-140 , чтобы достичь астероида 16 «Психея» в августе 2029 года.

Предлагаемые миссии

[ редактировать ]

Международная космическая станция

[ редактировать ]

По состоянию на март 2011 г. , будущий запуск Ad Astra VF-200 мощностью 200 кВт электромагнитного двигателя VASIMR рассматривался для испытаний на Международной космической станции (МКС). [104] [105] Однако в 2015 году НАСА отказалось от планов полета VF-200 на МКС. Представитель НАСА заявил, что МКС «не является идеальной демонстрационной платформой для желаемого уровня производительности двигателей». Ad Astra заявила, что испытания двигателя VASIMR на МКС останутся вариантом после будущей демонстрации в космосе. [40]

VF-200 должен был стать летной версией VX -200 . [106] [107] Поскольку доступная мощность МКС составляет менее 200 кВт, МКС VASIMR должна была включать в себя аккумуляторную систему с подзарядкой, обеспечивающую 15-минутные импульсы тяги. МКС вращается на относительно небольшой высоте и испытывает довольно высокие уровни атмосферного сопротивления , требующие периодического повышения высоты - высокоэффективный двигатель (высокий удельный импульс) для удержания на станции был бы полезен; теоретически перезагрузка VASIMR может сократить стоимость топлива с нынешних 210 миллионов долларов США в год до одной двадцатой. [104] VASIMR теоретически может использовать всего лишь 300 кг аргона для поддержания станции на МКС вместо 7500 кг химического топлива - высокая скорость истечения (высокий удельный импульс ) позволит достичь того же ускорения с меньшим количеством топлива по сравнению с химическим топливом. двигатель с более низкой скоростью выхлопа требует больше топлива. [108] Водород вырабатывается на МКС в качестве побочного продукта и выбрасывается в космос.

Ранее НАСА работало над двигателем на эффекте Холла мощностью 50 кВт для МКС, но работа была остановлена ​​в 2005 году. [108]

Лунные врата

[ редактировать ]

Силовой и двигательный элемент (СИЗ) — это модуль на Лунных вратах , который обеспечивает выработку энергии и возможности движения. Планируется, что запуск коммерческого автомобиля состоится в январе 2024 года. [109] Вероятно, он будет использовать усовершенствованную электрическую двигательную установку (AEPS) мощностью 50 кВт, разрабатываемую в исследовательском центре NASA Glenn и Aerojet Rocketdyne . [76]

МАРС-КОТ

[ редактировать ]

Миссия MARS-CAT (Марсианская группа спутников для исследования ионосферы с использованием амбиполярного двигателя CubeSat) представляет собой концептуальную миссию CubeSat высотой 6U , предназначенную для изучения ионосферы Марса. Миссия будет исследовать его плазменную и магнитную структуру, включая переходные плазменные структуры, структуру магнитного поля, магнитную активность и корреляцию с движущими силами солнечного ветра. [68] Двигатель CAT теперь называется двигателем RF и производится компанией Phase Four. [69]

Межзвездные миссии

[ редактировать ]

Джеффри А. Лэндис предложил использовать ионный двигатель с питанием от космического лазера в сочетании со световым парусом для приведения в движение межзвездного зонда. [110] [111]

[ редактировать ]

См. также

[ редактировать ]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Ян, Роберт Г. (1968). Физика электродвижения (1-е изд.). Книжная компания Макгроу Хилл. ISBN  978-0070322448 . Перепечатка: Ян, Роберт Г. (2006). Физика электродвижения . Дуврские публикации. ISBN  978-0486450407 .
  2. ^ Ян, Роберт Г.; Шуейри, Эдгар Ю. (2003). «Электрическая двигательная установка» (PDF) . Энциклопедия физических наук и технологий . Том. 5 (3-е изд.). Академическая пресса. стр. 125–141. ISBN  978-0122274107 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 года.
  3. ^ Jump up to: а б с д «Чуэйри, Эдгар Ю., (2009) Новый рассвет электрической ракеты Ионный двигатель» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 года.
  4. ^ Jump up to: а б с д и ж г Шуейри, Эдгар Ю. (2009). «Новый рассвет электрической ракеты». Научный американец . 300 (2): 58–65. Бибкод : 2009SciAm.300b..58C . doi : 10.1038/scientificamerican0209-58 . ПМИД   19186707 .
  5. ^ «Новый ионный двигатель НАСА бьет рекорды и может доставить людей на Марс» . futurism.com .
  6. ^ Халденванг, Джим. «Исследование Марса человеком» . Научная страница Джима . Проверено 3 мая 2019 г.
  7. ^ Jump up to: а б Чжан, Баошу (21 июня 2021 г.) «Настройка четырех двигателей на эффекте Холла для Тяньгун положила начало революции в космических двигателях [Двигатель на эффекте Холла для Тяньгун вызвал революцию в космических двигателях]» . China News Network (на китайском языке). Архивировано из оригинала . 6 июля 2021 г. Проверено 18 июля 2021 г.
  8. ^ «Ионное движение – создание более 50 лет» . Наука@НАСА . Архивировано из оригинала 27 марта 2010 года.
  9. ^ Вольф, К. (1 декабря 1931 г.). «Пути космических путешествий» . Ежемесячные журналы по математике и физике (на немецком языке). 38 (1): А58. дои : 10.1007/BF01700815 . ISSN   1436-5081 . S2CID   115467575 .
  10. ^ Шуейри, Э.Ю. «Критическая история электродвижения: первые 50 лет (1906–1956)» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 года . Проверено 18 октября 2016 г.
  11. ^ «Вклад в Deep Space 1» . НАСА. 14 апреля 2015 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  12. ^ Цибульски, Рональд Дж.; Шеллхаммер, Дэниел М.; Ловелл, Роберт Р.; Домино, Эдвард Дж.; Котник, Джозеф Т. (1965). «Результаты летных испытаний ионной ракеты SERT I» (PDF) . НАСА . НАСА-TN-D-2718. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  13. ^ Jump up to: а б «Инновационные двигатели: исследования Гленна ионного движения решают проблемы космических путешествий 21 века» . Архивировано из оригинала 15 сентября 2007 года . Проверено 19 ноября 2007 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  14. ^ Jump up to: а б с «Испытание космической электрической ракеты II (SERT II)» . Исследовательский центр НАСА имени Гленна . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 1 июля 2010 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  15. ^ «Индекс Энциклопедии Астронавтики: 1» . www.astronautix.com . 25 октября 2010 г. Проверено 17 мая 2024 г.
  16. ^ Сиддики, Асиф А. (2000). Вызов Аполлону: Советский Союз и космическая гонка, 1945–1974 гг. (PDF) . НАСА. п. 423.
  17. ^ «Отечественные электроэнергетические двигатели сегодня» . Новости Космонавтики. 1999. Архивировано из оригинала 6 июня 2011 года.
  18. ^ «Ионное движение: дальше, быстрее, дешевле» . НАСА . Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 года . Проверено 4 февраля 2022 г.
  19. ^ Jump up to: а б с д Сига, Дэвид (28 сентября 2007 г.). «Ионный двигатель нового поколения устанавливает новый рекорд тяги» . НовыйУченый . Проверено 2 февраля 2011 г.
  20. ^ «Наука и технологии ЕКА – электрическая двигательная установка космического корабля» . sci.esa.int . Проверено 17 мая 2024 г.
  21. ^ Мазуффр (2016). «Электрическая двигательная установка для спутников и космических кораблей: признанные технологии и новые подходы» . Плазменные источники Наука и техника . 25 (3): 033002. Бибкод : 2016PSST...25c3002M . дои : 10.1088/0963-0252/25/3/033002 . S2CID   41287361 . Проверено 29 июля 2021 г.
  22. ^ «Исторический снимок спутника 601» . Боинг . Проверено 26 июля 2021 г.
  23. ^ «Электрические двигатели в аэрокосмической отрасли | Аэрокосмическая корпорация» . www.aerospace.org . Архивировано из оригинала 20 апреля 2016 года . Проверено 10 апреля 2016 г. .
  24. ^ «XIPS (ксенон-ионная двигательная установка)» . www.daviddarling.info . Проверено 10 апреля 2016 г. .
  25. ^ Jump up to: а б с Дж. С. Сови, В. К. Роулин и М. Дж. Паттерсон, «Проекты развития ионного движения в США: испытание космической электрической ракеты от 1 до глубокого космоса 1», Journal of Propulsion and Power, Vol. 17 , № 3, май – июнь 2001 г., стр. 517–526.
  26. ^ «Испытание космической электрической ракеты» . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 1 июля 2010 г.
  27. ^ САНГРЕГОРИО, Мигель; СЕ, Кан (2017). «Решетки ионного двигателя: назначение, основные параметры, проблемы, конфигурации, геометрия, материалы и методы изготовления» . Китайский журнал аэронавтики . 31 (8): 1635–1649. дои : 10.1016/j.cja.2018.06.005 .
  28. ^ «ЕКА и АНУ совершают прорыв в области космических двигателей» (Пресс-релиз). ЕКА. 11 января 2006 года . Проверено 29 июня 2007 г.
  29. ^ Группа космической плазмы, энергетики и двигательной активности Австралийского национального университета (6 декабря 2006 г.). «АНУ и ЕКА совершили прорыв в области космических двигателей» . Австралийский национальный университет. Архивировано из оригинала 27 июня 2007 года . Проверено 30 июня 2007 г.
  30. ^ Олесон, СР; Санкович, Дж. М. «Усовершенствованная электрическая двигательная установка для будущих космических перевозок» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 января 2004 года . Проверено 21 ноября 2007 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  31. ^ «FEEP – Автоэмиссионная электрическая двигательная установка» . Архивировано из оригинала 18 января 2012 года . Проверено 27 апреля 2012 г.
  32. ^ Jump up to: а б с д и Маркуччо, С.; и др. «Экспериментальные характеристики автоэмиссионных микродвигателей» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2013 года . Проверено 27 апреля 2012 г.
  33. ^ Маррез-Ридинг, Коллин; Полк, Джей; Мюллер, Юрген; Оуэнс, Ал. «Нейтрализация ионным пучком двигателя In-FEEP с помощью термоэмиссионных и автоэмиссионных катодов» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 октября 2006 года . Проверено 21 ноября 2007 г. жидкое состояние и поднимает хвостовик иглы к кончику, где сильные электрические поля деформируют жидкость, извлекают ионы и ускоряют их до 130 км/с при напряжении 10 кВ. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  34. ^ Микеллидес, Павлос Г. «Импульсный индуктивный двигатель (PIT): моделирование и проверка с использованием кода MACH2» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 октября 2006 года . Проверено 21 ноября 2007 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  35. ^ Шанкаран, К.; Кэссиди, Л.; Кодис, А.Д.; Шуейри, EY (2004). «Обзор вариантов движения грузовых и пилотируемых полетов на Марс» (PDF) . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1017 (1): 450–467. Бибкод : 2004NYASA1017..450S . дои : 10.1196/анналы.1311.027 . ПМИД   15220162 . S2CID   1405279 . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 года . Проверено 18 октября 2016 г.
  36. ^ ЛаПойнт, Майкл Р.; Микеллидес, Павлос Г. «Разработка двигателя MPD большой мощности в Исследовательском центре Гленна НАСА» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 октября 2006 года . Проверено 21 ноября 2007 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  37. ^ Конли, Буфорд Рэй (22 мая 1999 г.). «Использование окружающего газа в качестве топлива для низкоорбитальных электродвигателей» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 июня 2011 года.
  38. ^ " "В Воронеже создали двигатель для Марса" в блоге "Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения" - Сделано у нас" (in Russian). Сделано у нас. 17 December 2013.
  39. ^ Эмселлем, Грегори Д. «Разработка безэлектродного двигателя большой мощности» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2008 года . Проверено 21 ноября 2007 г.
  40. ^ Jump up to: а б Ирен Клотц (17 марта 2015 г.). НАСА отменяет испытание ракеты Ad Astra на космической станции SEN News.
  41. ^ Зыга, Лиза (2009). «Плазменная ракета может долететь до Марса за 39 дней» . Физика.орг .
  42. ^ «Меньше топлива, больше тяги: разрабатываются новые двигатели для дальнего космоса». Аругус-Пресс . Том. 128, нет. 48. Овоссо, Мичиган. 26 февраля 1982 г. с. 10.
  43. ^ Чжан, Вэньу; Лю, Чжэнь; Ян, Ян; Ду, Шию (2016). «Возвращаясь к движению частиц со скоростью, близкой к световой, на основе альфа-распада» . Прикладное излучение и изотопы . 114 : 14–18. Бибкод : 2016AppRI.114...14Z . дои : 10.1016/j.apradiso.2016.04.005 . ПМИД   27161512 .
  44. ^ «Ионное движение» . Архивировано из оригинала 22 февраля 1999 года.
  45. ^ Полк Дж., Какуда Р., Андерсон Дж., Брофи Дж., Роулин В., Паттерсон М., Сови Дж., Хэмли Дж. (8 января 2001 г.). «Характеристики ионной двигательной установки NSTAR в миссии Deep Space One» (PDF) . 39-е совещание и выставка по аэрокосмическим наукам : 965. doi : 10.2514/6.2001-965 . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 16 сентября 2021 г.
  46. ^ Jump up to: а б Сонди, Дэвид. «Ионный двигатель НАСА NEXT работает пять с половиной лет без остановок, чтобы установить новый рекорд» . Проверено 26 июня 2013 г.
  47. ^ Шмидт, Джордж Р.; Паттерсон, Майкл Дж.; Бенсон, Скотт В. «Эволюционный ксеноновый двигатель НАСА (NEXT): следующий шаг в развитии движения в дальнем космосе США» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  48. ^ Jump up to: а б Герман, Дэниел А. (3–7 мая 2010 г.), «Эволюционный ксеноновый двигатель НАСА (NEXT). Этап оценки пропускной способности топлива: прогноз производительности, эрозии и срока службы двигателя после 450 кг» (PDF) , 57-й объединенный армейско-флотский корпус - Совещание НАСА-ВВС (JANNAF) по двигательной установке , Колорадо-Спрингс, Колорадо, США: НАСА - Исследовательский центр Гленна, заархивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. , получено 8 марта 2014 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  49. ^ Шастри Р., Сулас Г., Аулисио М., Шмидт Г. (25 сентября 2017 г.). «Состояние проекта НАСА по разработке ионной двигательной установки NEXT-C» (PDF) . 68-й Международный астронавтический конгресс . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 16 сентября 2021 г.
  50. ^ Jump up to: а б с д Беннетт, Джей (24 октября 2017 г.). « Марсианский двигатель» бьет рекорды по ионному движению» . Проверено 30 мая 2021 г.
  51. ^ « Путешествие в глубокий космос: обновление X3 Ion Thruster 2021» . 25 ноября 2020 г. Проверено 30 мая 2021 г.
  52. ^ Jump up to: а б «X3 – Вложенное подруливающее устройство коридора» . Проверено 30 мая 2021 г.
  53. ^ Обзор программы Nuclear Electric Xenon Ion System (NEXIS) (2006). Архивировано 22 мая 2011 г. в Wayback Machine 10 февраля 2006 г. (Полк, Джей Э., Гебель, Дон, Брофи, Джон Р., Битти). , Джон, Монхайзер Дж., Джайлз Д.) Scientific Commons
  54. ^ Радиочастотный ионный двигатель Astrium, модель RIT-22 EADS Astrium. Архивировано 13 июня 2009 г., в Wayback Machine.
  55. ^ «Двигатель на эффекте Холла BHT-8000 Busek» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  56. ^ Jump up to: а б с Рафальский Дмитрий; Мартинес, Хавьер Мартинес; Хабл, Луи; Зорзоли Росси, Елена; Пройнов, Пламен; Боре, Энтони; Барет, Томас; Пойет, Антуан; Флер, Тревор; Дудин Станислав; Аанесланд, Ане (2021). « Демонстрация на орбите йодной электрической двигательной установки » . Природа . 599 (7885): 411–415. Бибкод : 2021Nature.599..411R . дои : 10.1038/s41586-021-04015-y . ПМК   8599014 . ПМИД   34789903 .
  57. ^ Jump up to: а б с д и ж г час «SpaceX на X: «Помимо других усовершенствований, V2 mini оснащены новыми аргоновыми двигателями Холла для маневрирования на орбите. Разработанные инженерами SpaceX, они имеют в 2,4 раза большую тягу и в 1,5 раза больший удельный импульс, чем наши двигатели первого поколения. Это также будет первый случай, когда аргоновые двигатели Холла будут работать в космосе. Технические характеристики двигателей Аргонского Холла: - тяга 170 мН - удельный импульс 2500 с - общий КПД 50% - мощность 4,2 кВт - масса 2,1 кг - центральный катод" " . Твиттер . 26 февраля 2023 г. Архивировано из оригинала 1 марта 2023 г.
  58. ^ «Состояние перспективных электродвигательных систем для исследовательских миссий» . Aerojet Rocketdyne – через ResearchGate.
  59. ^ Jump up to: а б с д Сабо Дж., Робин М., Пайнтал, Поте Б., С., Хруби В., «Исследования топлива двигателя Холла высокой плотности», 48-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам, документ AIAA 2012-3853, июль 2012 г.
  60. ^ Jump up to: а б с д Сабо, Дж.; Поте, Б.; Пайнталь, С.; Робин, М.; Хиллер, А.; Бранам, Р.; Хаффман, Р. (2012). «Оценка характеристик двигателя йодного зала». Журнал движения и мощности . 28 (4): 848–857. дои : 10.2514/1.B34291 .
  61. ^ Jump up to: а б с д Сабо, Дж.; Робин, М.; Пайнталь, С.; Поте, Б.; Грубый, В.; Фриман, К. (2015). «Результаты испытаний на движение йодной плазмы при мощности 1–10 кВт». Транзакции IEEE по науке о плазме . 43 (1): 141–148. Бибкод : 2015ITPS...43..141S . дои : 10.1109/TPS.2014.2367417 . S2CID   42482511 .
  62. ^ Jump up to: а б с «Программа электродвижения высокой мощности (HiPEP)» . НАСА . 22 декабря 2008 г. Архивировано из оригинала 5 марта 2009 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  63. ^ Jump up to: а б с д Джеймс С. Сови и Марис А. Мантениекс (январь 1988 г.). «Оценка производительности и срока службы технологии дугового двигателя MPD» (PDF) . п. 11. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 9 мая 2019 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  64. ^ Характеристики VASIMR VX-200 и краткосрочные возможности SEP для беспилотных полетов на Марс. Архивировано 11 марта 2011 г. на Wayback Machine , Тим Гловер, Коллоквиум «Будущее в космических операциях (FISO), 19 января 2011 г., по состоянию на 1 января 2011 г. 31.
  65. ^ «Массовое исследование и масштабирование системы космического полета двигателя VASIMR® с использованием мощности IEPC-2013-149» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  66. ^ Майк Уолл (8 июля 2013 г.). «Новый космический двигатель может превратить крошечные кубсаты в межпланетных исследователей» . Space.com . Покупка . Проверено 25 июня 2015 г.
  67. ^ Jump up to: а б с «Двигатели PEPL: амбиполярный двигатель CubeSat» . pepl.engin.umich.edu . Мичиганский университет. Архивировано из оригинала 12 мая 2015 года . Проверено 25 июня 2015 г.
  68. ^ Jump up to: а б с «Выполнение миссии MARS-CAT» . marscat.space . Колледж естественных наук и математики Хьюстонского университета. Архивировано из оригинала 26 июня 2015 года . Проверено 25 июня 2015 г.
  69. ^ Jump up to: а б с «Четвертая фаза: двигательная установка космического корабля, меняющая правила игры» . Phasefour.io . Проверено 5 июня 2017 г.
  70. ^ Jump up to: а б «Криптоновый двигатель на эффекте Холла для космического движения» . IFPiLM.pl . Архивировано из оригинала 29 января 2014 года . Проверено 29 января 2014 г.
  71. ^ «Транспортно-энергетический модуль: новый российский буксир НЭП» . За пределами НЕРВЫ . 29 января 2020 года. Архивировано из оригинала 27 ноября 2020 года . Проверено 16 ноября 2020 г.
  72. ^ Тесленко Владимир (31 августа 2015 г.). «Космические ядерные двигательные установки теперь возможны только в России» . Коммерсант .
  73. ^ «Разрушающий физический анализ полых катодов, полученных при испытании запасного ионного двигателя полета Deep Space 1 на 30 000 часов» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2009 года . Проверено 21 ноября 2007 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  74. ^ «Двигатель НАСА достиг мирового уровня – рекордные 5+ лет эксплуатации» . Проверено 27 июня 2012 г.
  75. ^ «Более пристальный взгляд на стационарный плазменный двигатель» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  76. ^ Jump up to: а б Дэниел А. Херман, Тодд А. Тофил, Уолтер Сантьяго, Хани Камхави, Джеймс Э. Полк, Джон С. Снайдер, Ричард Р. Хофер, Фрэнк К. Пича, Джерри Джексон и Мэй Аллен. Обзор разработки и применения усовершенствованной электрической двигательной системы (AEPS) , NASA/TM—2018-219761, 35-я Международная конференция по электрическим двигательным установкам, Атланта, Джорджия, 8–12 октября 2017 г., по состоянию на 27 июля 2018 г.
  77. ^ Aerojet Rocketdyne подписывает контракт на разработку усовершенствованной электрической двигательной установки для НАСА Aerojet Rocketdyne. Пресс-релиз, 28 апреля 2016 г., доступ: 27 июля 2018 г.
  78. ^ Sutton & Biblarz, Элементы ракетной двигательной установки , 7-е издание.
  79. ^ « Космический корабль с йодным двигателем впервые испытан на орбите в ноябре 2021 года» . 18 ноября 2021 г.
  80. ^ Элгин, Бен (19 ноября 2018 г.). «Этот космический стартап из Кремниевой долины может насытить атмосферу ртутью» . Новости Блумберга . Проверено 19 ноября 2018 г.
  81. ^ Козиол, Михаил (19 апреля 2022 г.). «ООН уничтожает любые планы по использованию ртути в качестве ракетного топлива» . IEEE-спектр . Проверено 2 мая 2022 г.
  82. ^ @SpaceX (26 февраля 2023 г.). «Помимо других усовершенствований, V2 mini оснащены новыми аргоновыми двигателями Холла для маневрирования на орбите» ( твит ) . Проверено 26 февраля 2023 г. - через Twitter .
  83. ^ Грондейн, П.; Лафлер, Т.; Шабер, П.; Аанесланд, А. (март 2016 г.). «Глобальная модель плазменного двигателя с йодной решеткой» . Физика плазмы . 23 (3): 033514. Бибкод : 2016PhPl...23c3514G . дои : 10.1063/1.4944882 . ISSN   1070-664X .
  84. ^ «Spacety запускает спутник для испытания технологий йодной электрической силовой установки и созвездия ThrustMe» . Космические новости .
  85. ^ «Йодный двигатель может замедлить накопление космического мусора» . Европейское космическое агентство .
  86. ^ «Бэйханконгши 1 (20 ТГ)» . Космическая страница Гюнтера .
  87. ^ Рафальский Дмитрий; Мартинес Мартинес, Хавьер; Хабл, Луи; Зорзоли Росси, Елена; Пройнов, Пламен; Боре, Антуан; Барет, Томас; Пойет, Антуан; Лафлер, Тревор; Дудин Станислав; Аанесланд, Ане (17 ноября 2021 г.). «Демонстрация на орбите йодной электрической двигательной установки» . Природа . 599 (7885): 411–415. Бибкод : 2021Natur.599..411R . дои : 10.1038/s41586-021-04015-y . ISSN   0028-0836 . ПМЦ   8599014 . ПМИД   34789903 . S2CID   244347528 . Как атомарные, так и молекулярные ионы йода ускоряются с помощью высоковольтных решеток для создания тяги, а высококоллимированный луч может быть создан при существенной диссоциации йода.
  88. ^ Страница SERT. Архивировано 25 октября 2010 г. в Wayback Machine в Astronautix (по состоянию на 1 июля 2010 г.).
  89. ^ «Команда «Артемида» получила награду за космическое спасение» . ЕКА . Проверено 16 ноября 2006 г.
  90. ^ «Спасение в космосе» .
  91. ^ «Электрические двигатели могут запустить новую коммерческую тенденцию» . Космический полет сейчас.
  92. ^ «Космический полет сейчас | Отчет о запуске Атласа | Спутник связи AEHF 2 продолжает набирать высоту» . spaceflightnow.com .
  93. ^ Джонс, Эндрю (28 апреля 2021 г.). «Три десятилетия в процессе создания, китайская космическая станция запускается на этой неделе» . ИИЭЭ .
  94. ^ Чен, Стивен (2 июня 2021 г.). «Как китайская космическая станция может помочь астронавтам отправиться на Марс» .
  95. ^ «SpaceX раскрывает дополнительную информацию о Starlink после запуска первых 60 спутников» . 24 мая 2019 года . Проверено 30 июля 2020 г.
  96. ^ Роулин, В.К.; Паттерсон, М.Дж./; Грубер, Р.П. (1990). «Ксенон-ионный двигатель для перехода на орбиту» (PDF) . Технический меморандум НАСА 103193 (AIAA-90-2527): 5. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 25 января 2022 г.
  97. ^ «Ионные двигатели, используемые на астероидном зонде Хаябуса» (на японском языке). Архивировано из оригинала 19 августа 2006 г. Проверено 13 октября 2006 г.
  98. ^ Табути, Хироко (1 июля 2010 г.). «Неисправный космический зонд рассматривается как проверка знаний Японии» . Нью-Йорк Таймс .
  99. ^ Нисияма, Кадзутака; Цукидзаки, Рюдо, Хитоши. Состояние работы ионных двигателей астероида Хаябуса2 , JAXA , январь 2017 г.
  100. ^ Космический Prius. Архивировано 5 июня 2011 года в Wayback Machine , 13 сентября 2007 года, Лаборатория реактивного движения НАСА. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  101. ^ «Миссия НАСА «Рассвет» к поясу астероидов подходит к концу» . НАСА. 1 ноября 2018 г. Общественное достояние В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  102. ^ «Начало БепиКоломбо заканчивается» . ЕКА. 22 октября 2018 года . Проверено 1 ноября 2018 г.
  103. ^ Jump up to: а б «Резюме» (PDF) . Рекламная компания «Ракетная компания Астра». 24 января 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 31 марта 2010 г. . Проверено 27 февраля 2010 г.
  104. ^ Клотц, Ирен (7 августа 2008 г.). «Плазменная ракета может быть испытана на космической станции» . Новости Дискавери . Проверено 27 февраля 2010 г.
  105. ^ Уиттингтон, Марк (10 марта 2011 г.). «НАСА проведет испытания плазменной ракеты VF-200 VASIMR на МКС» . Яху . Проверено 27 января 2012 г.
  106. ^ Мик, Джейсон (11 августа 2008 г.). «Коммерчески разработанный плазменный двигатель скоро будет испытан в космосе» . ДейлиТех. Архивировано из оригинала 22 февраля 2015 года . Проверено 27 февраля 2010 г.
  107. ^ Jump up to: а б Сига, Дэвид (5 октября 2009 г.). «Ракетная компания испытывает самый мощный в мире ионный двигатель» . Новый учёный . Проверено 16 ноября 2019 г.
  108. ^ «Отчет № IG-21-004: Управление НАСА программой шлюза для миссий Артемида» (PDF) . ОИГ . НАСА . 10 ноября 2020 г. стр. 5–7. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 28 декабря 2020 г.
  109. ^ Лэндис, Джеффри А. (1991). «Межзвездный зонд с лазерным двигателем». Вестник АПС . 36 (5): 1687–1688.
  110. ^ Лэндис, Джеффри А. (1994). «Межзвездный зонд с лазерным двигателем» . ДжеффриЛэндис.com . Архивировано из оригинала 22 июля 2012 года.
  111. ^ «Темы: Ионный Драйв» . Энциклопедия научной фантастики .
  112. ^ Крушель, Карстен (2007). Клей для Венеры — Научно-фантастический фильм в ГДР [ Клей для Венеры — Научно-фантастический фильм в ГДР ] (на немецком языке). Хейн. стр. 803–888. ISBN  978-3-453-52261-9 .
  113. ^ «Расшифровки Звездного пути - Мозг Спока» . chakoteya.net .
  114. ^ ДеКандидо, Кейт Р.А. (7 июня 2016 г.). «Звездный путь. Пересмотр оригинального сериала: Мозг Спока » . тор.com .
  115. ^ Фокс, Стив, изд. (19 августа 2015 г.). «Девять реальных технологий НАСА в «Марсианине» » . НАСА . Архивировано из оригинала 20 июня 2018 года . Проверено 30 июня 2023 г.

Библиография

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Викискладе есть медиафайлы, связанные с ионным движением .

Статьи

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ion_thruster&oldid=1237711969"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 9fb86bfff0c27fc4d6002eeb4280589d__1722387480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/9f/9d/9fb86bfff0c27fc4d6002eeb4280589d.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ion thruster - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)