Ионный двигатель - что это такое? / астрономия :: длиннопост :: космический корабль :: космический двигатель :: космос :: ионный двигатель

ионный двигатель космос космический двигатель астрономия космический корабль длиннопост 

Ионный двигатель - что это такое?

ионный двигатель,космос,космический двигатель,астрономия,космический корабль,длиннопост


Ионный двигатель — хорошо отработанная на практике и исторически первая разновидность электрического ракетного двигателя. Недостатком ионного двигателя является малая тяга (например, разгон космического аппарата с весом автомобиля от 0 до 100 км/ч требует больше двух суток непрерывной работы ионного двигателя), которую невозможно увеличить из-за ограничений объёмного заряда.

Однако малый расход топлива (точнее, рабочего тела) и продолжительное время функционирования ионного двигателя (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более пяти лет) позволяет за длительный промежуток времени разогнать космический аппарат небольшого веса до приличных скоростей. Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольшой автоматической космической станции. Характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1-7 кВт, скорость истечения 20-50 км/с, тяга 20-250 мН, КПД 60-80 %. Рабочим телом является ионизированный газ (аргон, ксенон и т. п.).

ионный двигатель,космос,космический двигатель,астрономия,космический корабль,длиннопост


Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе без использования жидкостного ракетного двигателя — Deep Space 1 смог увеличить скорость на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона (этот рекорд скорости в ближайшее время планируется превзойти на 10 км/с космическим аппаратом Dawn). Однако ионный двигатель не является самым перспективным типом электроракетного двигателя, поэтому данный рекорд скорости, скорее всего, будет превзойдён холловским или магнитоплазмодинамическим двигателем.


Существует проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что дает некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом (в настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений.

ионный двигатель,космос,космический двигатель,астрономия,космический корабль,длиннопост


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.

ионный двигатель,космос,космический двигатель,астрономия,космический корабль,длиннопост


Источником ионов служит газ — как правило, 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 подаётся в магнитное сопло, где она формируется в поток магнитным полем, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таким образом достигается тяга.

С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов — электротермические, электростатические, сильноточные или магнитодинамические 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 подаётся 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.

ионный двигатель,космос,космический двигатель,астрономия,космический корабль,длиннопост


Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2-х или 3-х сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против — 225 вольт 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.

Подробнее





ионный двигатель,космос,космический двигатель,астрономия,космический корабль,длиннопост
Еще на тему
Развернуть
У МПД потенциал выше не столько потому, что исходящая мощность веселее, а скорее потому, что литий раздобыть проще чем ксенон.
Только чистая энергия, только хардкор.
Когда его блядь наконец испытают в космосе. Вроде как он кое-как работает, в вакуумных камерах проверяли. И тем не менее, никто не попробовал проверить. Купить место как вторичный груз на ракете не будет чем-то заоблачным. Думаю, кикстартер вытащил бы идею.
https://geektimes.ru/post/280036/
"Двигатель EmDrive проверят в космосе"
Я тоже размышлял, что по-сути, если признать "Излучение Хокинга" и его обьяснение, то можно и вполне легко представить EM-Drive "Гвидо Петта предлагает похожее объяснение в описании патента США № 20140013724, упоминая силу Лоренца — силу, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. *почти что как в гаусс-оружии

Исследователи НАСА, которые испытывают EmDrive, предполагают, что тяга создаётся благодаря «квантовому вакууму виртуальной плазмы» частиц, которые появляются и исчезают в замкнутом контуре пространства-времени (* привет, излучнение Хокинга). То есть система на самом деле не изолированная, поэтому она не нарушает закон сохранения импульса благодаря эффектам квантовой физики."
У EmDrive нету пока нормальной теоретической базы.
Зато практической части хватило для парней NASA чтобы не завернуть проект после испытаний.
KSP показывает, что если напихать мильон ионников, то взлететь с планеты на них всё же можно =)
В KSP у них тяга в несколько десятков раз больше реальной.
Специально проверил. Нихуя нельзя взлететь. Вот 19 двигателей, минимальная нагрузка. Меньше просто быть не может. Даже не близко ко взлёту. Тут даже топлива нет (оно бесконечно).
Один двигатель даже сам-себя не поднимает в атмосфере, не то что какую-либо полезную нагрузку.
Thrust Limiter
IX-6315 'Dawn* Electric Propulsion System
Fuel Flow: 9.22600U
Shutdown Engine
Prop. Requirement Met: 100.00% Thrust: O.lkN Specific Impulse: 125.1s Status: Nominal
Недостаточно кербалов ты принес в жертву Кракену...
Раньше можно было построить ионный самолет
КСП показывает, что если неудачно оступится на склоне, то свою жопу можно поймать только на обратной стороне муны.
bug_ov bug_ov 23.10.201618:58 ответить ссылка 2.4
В статье вес с массой путают или я чего-то не знаю
Ионные двигатели есть... ждем ионных орудий!
Dibilism Dibilism 23.10.201615:08 ответить ссылка 0.4
Нод не победить
Так-то я членистоногий скрин, которого хлебом не корми - дай супероружие захватить. И половину вражеской армии через сектантов.
А она не должна улететь в космос?
Я нихера не понял, но было познавательно.
KoMaTo3 KoMaTo3 23.10.201615:11 ответить ссылка 2.2
короче так: электричеством разгоняют частицы газа, что даёт тягу. тяга слабая, но зато потребление топлива минимальное и время работы движка практически не ограничено. у обычных химических ракет топливо сгорает в течении минут, всё остальное время ракета летит по инерции с константной скоростью. с ионными движками разгон может длиться до пол пути к цели (остальные пол пути - торможение), соответственно для больших расстояний ионные двигатели самое оптимальное. ну или для спутников, чтобы орбиту поддерживать, наверное.
Вот именно момент выработки энергии газом под электричеством не понятен, мозг не заточен под это >_
KoMaTo3 KoMaTo3 23.10.201617:02 ответить ссылка -0.2
Ебать, я походу тег открыл и всё сообщение потёрлось. В кратце, спасибо за краткое содержание статьи, с этим полностью согласен.
KoMaTo3 KoMaTo3 23.10.201617:03 ответить ссылка -0.1
там нет никакого выработка энергии. газ это просто реактивная струя, у которой энергия это масса помножить на скорость. разгон электричеством и делает эту скорость.
действие = противодействие, у ракеты из задницы с большой скоростью вылетают частицы газа, что в свою очередь ракету движет в противоположную сторону.
Может все же человечеству заняться облегчением металлов. В конце концов может дело не в мощностях ракет, а тяжести самих космических аппаратов
в обычных ракетах с жрд на топливо приходится 95% взлетной массы
Но почему пол пути - сразу торможение, разве нельзя тормозить с помощью атмосферы планеты? Ведь если можно, тогда это будет точно не полпути.
SWATS SWATS 24.10.201619:49 ответить ссылка 0.0
Как ты себе это представляешь? Межпланетный корабль по определению движется как минимум на второй космической скорости.
Короче, тема. Передаваемый импульс пропорционален скорости, а затраченная на разгон энергия - квадрату скорости.
В классике рабочим телом и одновременно запасом энергии служит само топливо ракеты. Но если у нас очень дохера энергии (солнечные батареи, ядерный реактор, РИТЭГ и т.д.), то хорошо бы выбрасывать рабочее тело побыстрее - так его будет меньше израсходовано, пусть и ценой многократно больших энергозатрат. Эта система (отдельно генератор энергии, отдельно рабочее тело) оказывается выгоднее в абсолютных величинах, чем просто химическое топливо. В описанных в статье двигателях частицы газа разгоняются электрическим полем. Тема не новая, первый ионный двигатель испытали аж в середине шестидесятых, но до нулевых (до Deep Space 1, если точнее) это были двигатели для корректировки положения (спутников и зондов).
Hellsy Hellsy 24.10.201610:31 ответить ссылка 0.3
уже как минимум на 3х сайтах видел этот пост картинка в картинку, буква в букву! как же меня это заебало, пост сурка какой то
Повторение - мать учения. Выше постом человек нихера не понял, вот посмотрит несколько раз и запомнит/поймет.
Жаль, что при жизни, скорее всего, я этого не увижу.
Чего не увидишь? статью прочитай, это проверенные временем технологии.
Atall Atall 23.10.201620:19 ответить ссылка 0.1
ну так ему-то никто не покажет
Ага, это поэтому у нас куда не посмотри везде ионные движки стоят?
На многих спутниках стоит.
Вообщем да.
Atall Atall 25.10.201620:50 ответить ссылка 0.0
Кто знает может и до варп двигателей когда нибудь дело дойдет.
dv.nik dv.nik 23.10.201622:12 ответить ссылка -0.1
ядерные установки? хоть один пример есть?
Проще фотонную ракету в гараже собрать, чем от высоколобых прогресса дождаться. Налепят светодиодов и новый аналитический агрегат Машкина в строю техноновинок.
rguru rguru 24.10.201603:43 ответить ссылка -0.9
Только зарегистрированные и активированные пользователи могут добавлять комментарии.
Похожие темы

Похожие посты
Elon Musk O
@elonmusk
First firing of Starship Raptor flight engine! So proud of great work by @SpaceX team!! Flight Test #8 – With Camera Onboard,Science & Technology,spinlaunch,space launch,kinetic launch,spaceport america,spin launch,new mexico,mass accelerator,On Friday, April 22nd, we conducted Flight Test #8 where the engineering team tested our first optical camera payload in our Suborbital Ac
подробнее»

космос космонавтика научпоп космические корабли ракеты SpinLaunch

Flight Test #8 – With Camera Onboard,Science & Technology,spinlaunch,space launch,kinetic launch,spaceport america,spin launch,new mexico,mass accelerator,On Friday, April 22nd, we conducted Flight Test #8 where the engineering team tested our first optical camera payload in our Suborbital Ac
*<•««« Light ???????? Up ???????? The ???????? Sky ???????? Elon!!!