stringtranslate.com

Ионный двигатель

Ионный двигатель NSTAR мощностью 2,3  кВт , 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 ускоряются с помощью электричества для создания 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]

Ионные двигатели в работе обычно потребляют мощность 1–7 кВт , 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 маршевыми двигателями 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 конструкции, как это можно найти в концепции « Электрической силовой установки, дышащей атмосферой ». 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 технологии неракетного запуска, чтобы достичь своей начальной орбиты .

Происхождение

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 помощью ионизированных потоков 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 электрического двигателя, предсказал его использование в двигательной установке космических кораблей и управлении ориентацией , а также выступил за электростатическое ускорение. заряженных газов. [10]

Действующий ионный двигатель был построен Гарольдом Р. Кауфманом в 1959 году на базе Исследовательского центра Гленна НАСА . 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]

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. [16] 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

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.

Электроэнергия для ионных двигателей обычно обеспечивается солнечными батареями . Однако на достаточно больших расстояниях от Солнца можно использовать ядерную энергетику . 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. [17]

Электрические двигатели имеют тенденцию создавать низкую тягу, что приводит к низкому ускорению. Определив стандартное гравитационное ускорение Земли и отметив , что его можно проанализировать. Двигатель NSTAR , создающий силу тяги 92 мН [18] , будет ускорять спутник массой 1 тонну на 0,092 Н/1000 кг = 9,2 × 10–5 м/с 2 (или 9,38 × 10–6 г ) . Однако это ускорение может поддерживаться месяцами или годами, в отличие от очень коротких запусков химических ракет.    

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 на площадь поперечного сечения 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. выхлоп на высокой скорости. Мощность , передаваемая выхлопу, увеличивается пропорционально квадрату скорости выхлопа, в то время как увеличение тяги линейно. И наоборот, химические ракеты обеспечивают высокую тягу, но общий импульс ограничен небольшим количеством энергии , которая может химически храниться в топливе. [19] 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

Электростатические ионные двигатели с решетками

Схема работы электростатического ионного двигателя с решеткой (многополюсного типа с магнитной каспой).

Разработка решетчатых электростатических ионных двигателей началась в 1960-х годах [20] и с тех пор использовалась для движения коммерческих спутников [21] [22] [23] и научных миссий. [24] [25] Их главная особенность заключается в том, что процесс ионизации топлива физически отделен от процесса ускорения ионов. [26]

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 катода и 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 сеткой и второй сеткой (называемой 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, рядом с двигателем размещается еще один катод , 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

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 острия 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. [29]

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 течет 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. [30] [31] [32] Электрическое поле, создаваемое эмиттером и ускорителем, ускоряет ионы. Внешний источник электронов нейтрализует поток положительно заряженных ионов, чтобы предотвратить зарядку космического корабля.

Электромагнитные двигатели

Импульсные индуктивные двигатели

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. [33]

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. В качестве топлива можно использовать водород , аргон , аммиак и азот . В определенной конфигурации в качестве топлива может использоваться окружающий газ на низкой околоземной орбите (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 . [34] [35] [36]

В 2013 году российская компания « Конструкторское бюро химической автоматики» успешно провела стендовые испытания двигателя MPD для дальних космических путешествий. [37]

Безэлектродные плазменные двигатели

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. [38]

Двухслойные двигатели 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 двойной электрический 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)

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. [39] 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. [40]

СВЧ-электротермические двигатели

СВЧ-электротермический двигатель

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). [41]

В разрядной камере микроволновая (МВт) энергия течет в центр, содержащий высокий уровень ионов (I), вызывая ионизацию нейтральных частиц в газообразном топливе . 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

Была предложена теоретическая двигательная установка на основе альфа-частиц ( He2+
или4
2Он2+
указывающий на ион гелия с зарядом +2), испускаемый из радиоизотопа однонаправленно через отверстие в его камере. Электронная пушка-нейтрализатор будет производить небольшую тягу с высоким удельным импульсом порядка миллионов секунд из-за высокой релятивистской скорости альфа-частиц. [42]

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 УФ-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

Продолжительность жизни

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

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. [71] [3] [4] NSTAR много лет действовала на «Рассвете» .

Проект НАСА «Эволюционный ксеноновый двигатель» (NEXT) работал непрерывно более 48 000 часов. [72] 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

Двигатели на эффекте Холла страдают от сильной эрозии керамической разрядной камеры под воздействием энергичных ионов: испытания, о которых сообщалось в 2010 году [73] , показали эрозию около 1 мм за сто часов работы, хотя это не согласуется с наблюдаемым временем жизни на орбите. несколько тысяч часов.

Ожидается, что усовершенствованная электрическая двигательная система (AEPS) проработает около 5000 часов, и цель проекта – создать летную модель, которая обеспечивает период полураспада не менее 23 000 часов [74] и полный срок службы около 50 000 часов. [75]

Пороха

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. [76]

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). [77]

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. [78] Ртуть была официально запрещена в качестве топлива в 2022 году Минаматской конвенцией о ртути . [79]

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. [80] Спутники Starlink V2-mini с тех пор перешли на аргоновые двигатели на эффекте Холла, обеспечивающие более высокий удельный импульс. [81]

Другие виды топлива, такие как висмут и йод , перспективны как для бесрешеточных конструкций, таких как двигатели на эффекте Холла, [57] [58] [59], так и для ионных двигателей с решеткой. [82]

Йод был впервые использован в качестве топлива в космосе в решетчатом ионном двигателе NPT30-I2 компании ThrustMe на борту миссии Beihangkongshi-1, запущенной в ноябре 2020 года, [83] [84] [85] с опубликованным обширным отчетом. год спустя в журнале Nature . [86] Амбиполярный двигатель CubeSat (CAT), используемый на марсианской группе спутников для исследования ионосферы. В рамках миссии CubeSat Ambipolar Thruster (MARS-CAT) также предлагается использовать твердый йод в качестве топлива для минимизации объема хранения. [66] [67]

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

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.

Общая энергоэффективность системы 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

Ионные двигатели имеют множество применений в космосе. Лучшие приложения используют длинный интервал полета, когда не требуется значительная тяга . 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

СЕРТ

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. [24] 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, в которых в качестве реакционной массы использовались ртуть и цезий . SERT-2A, запущенный 4 февраля 1970 года, [14] [87] проверил работу двух ртутно-ионных двигателей в течение тысяч часов работы. [14]

Оперативные миссии

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.

Два геостационарных спутника ( Artemis Европейского космического агентства в 2001–2003 годах [88] и военный AEHF-1 США в 2010–2012 годах [89] ) использовали ионный двигатель для изменения орбиты после отказа химического ракетного двигателя. Boeing [90] начал использовать ионные двигатели для удержания на месте в 1997 году и планировал 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 геосинхронную орбиту с использованием электрической силовой установки. [91]

На околоземной орбите

Космическая станция Тяньгун

Китайская космическая станция Тяньгун оснащена ионными двигателями. Основной модуль «Тяньхэ» приводится в движение как химическими двигателями, так и четырьмя двигателями на эффекте Холла, [92] 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. [93] Это первый в мире двигатель Холла, выполняющий миссию с участием человека. [7]

Старлинк

Группировка спутников Starlink компании SpaceX использует двигатели на эффекте Холла, работающие на криптоне или аргоне , для подъема на орбиту, выполнения маневров и схода с орбиты в конце их использования. [94]

ГОЦЕ

Исследователь гравитационного поля и стационарной циркуляции океана (GOCE) ЕКА был запущен 16 марта 2009 года. На протяжении всей 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

Глубокий космос 1

НАСА разработало ионный двигатель NSTAR для использования в межпланетных научных миссиях, начиная с конца 1990-х годов. Он был испытан в космосе на очень успешном космическом зонде Deep Space 1 , запущенном в 1998 году. Это было первое использование электрической двигательной установки в качестве межпланетной двигательной системы в научной миссии. [24] Основываясь на критериях проектирования НАСА, исследовательские лаборатории Хьюза разработали ксенон-ионную двигательную установку (XIPS) для удержания станции на геосинхронных спутниках . [95] Хьюз (EDD) изготовил двигатель NSTAR, используемый на космическом корабле.

Хаябуса и Хаябуса2

Космический зонд «Хаябуса» Японского агентства аэрокосмических исследований был запущен в 2003 году и успешно 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. [96] 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. [97]

Hayabusa2 , запущенный в 2014 году, был основан на Hayabusa. Он также использовал ионные двигатели. [98]

Умный 1

Спутник SMART-1 Европейского космического агентства 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

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). Ионный двигатель Dawn способен разогнаться от 0 до 97 км/ч (60 миль в час) за 4 дня непрерывной работы. [99] Миссия завершилась 1 ноября 2018 года, когда у космического корабля закончилось гидразиновое химическое топливо для двигателей ориентации. [100]

ЛИЗА Следопыт

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

Миссия ЕКА BepiColombo была запущена к Меркурию 20 октября 2018 года. [101] Она использует ионные двигатели в сочетании с пролетами , чтобы добраться до Меркурия, где химическая ракета завершит выход на орбиту.

Тест перенаправления двойного астероида

Испытание двойного перенаправления астероидов (DART) НАСА 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

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

Международная космическая станция

По состоянию на март 2011 года рассматривался вопрос о будущем запуске электромагнитного двигателя VASIMR Ad Astra VF-200 мощностью 200 кВт для испытаний на Международной космической станции (МКС). [102] [103] 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. [39]

VF-200 должен был стать летной версией VX-200 . [104] [105] 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. [102] VASIMR теоретически может использовать всего лишь 300 кг газообразного 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 двигателем с более низкой скоростью выхлопа, требующим больше топлива. [106] 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. [106]

Лунные врата

Силовой и двигательный элемент (СИЗ) — это модуль на Лунных вратах , который обеспечивает выработку энергии и возможности движения. Запуск коммерческого автомобиля запланирован на январь 2024 года. [107] Вероятно, он будет использовать усовершенствованную электрическую двигательную установку (AEPS) мощностью 50 кВт, разрабатываемую в Исследовательском центре Гленна НАСА и Aerojet Rocketdyne . [74]

МАРС-КОТ

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. [66] Двигатель CAT теперь называется двигателем RF и производится компанией Phase Four. [67]

Межзвездные миссии

Джеффри А. Лэндис предложил использовать ионный двигатель с питанием от космического лазера в сочетании со световым парусом для приведения в движение межзвездного зонда. [108] [109]

Популярная культура

Смотрите также

Рекомендации

  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. ^ abcd «Choueiri, Эдгар Ю., (2009) Новый рассвет электрической ракеты Ионный двигатель» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 года.
  4. ^ abcdefg Choueiri, 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. ^ Хальденванг, Джим. «Исследование Марса человеком». Научная страница Джима . Проверено 3 мая 2019 г.
  7. ^ ab 张 (Чжан), 保淑 (Баошу) (21 июня 2021 г.). «配置4台霍尔电推进发动机 «天宫»掀起太空动力变革 [Двигатель на эффекте Холла для Тяньгун положил начало революции в космических двигателях]».中国新闻网(на китайском языке). Архивировано из оригинала 6 июля 2021 года . Проверено 18 июля 2021 г.
  8. ^ «Ионное движение - более 50 лет в разработке». Наука@НАСА . Архивировано из оригинала 27 марта 2010 года.
  9. ^ Вольф, К. (1 декабря 1931 г.). «Wege zur Raumschiffahrt». Monatshefte für Mathematik und Physik (на немецком языке). 38 (1): А58. дои : 10.1007/BF01700815 . ISSN  1436-5081. S2CID  115467575.
  10. ^ Шуейри, EY «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. Всеобщее достояниеВ 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.Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  13. ^ ab «Инновационные двигатели - исследования Гленна ионного движения решают проблемы космических путешествий 21 века». Архивировано из оригинала 15 сентября 2007 года . Проверено 19 ноября 2007 г. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  14. ^ abc «Испытание космической электрической ракеты II (SERT II)» . Исследовательский центр НАСА имени Гленна . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 1 июля 2010 г.Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  15. ^ SERT. Архивировано 25 октября 2010 г. на странице Wayback Machine в Astronautix (по состоянию на 1 июля 2010 г.).
  16. ^ "Отечественные электротяговые двигатели сегодня" (на русском языке). Новости Космонавтики. 1999. Архивировано из оригинала 6 июня 2011 года.
  17. ^ «Ионное движение: дальше, быстрее, дешевле». НАСА . Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 года . Проверено 4 февраля 2022 г.
  18. ↑ abcd Сига, Дэвид (28 сентября 2007 г.). «Ионный двигатель следующего поколения устанавливает новый рекорд тяги». НовыйУченый . Проверено 2 февраля 2011 г.
  19. ^ Электрическая двигательная установка космического корабля, электрическая и химическая двигательная установка, ЕКА Наука и технологии
  20. ^ 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.
  21. ^ "Исторический снимок со спутника 601" . Боинг . Проверено 26 июля 2021 г.
  22. ^ «Электрическая двигательная установка в аэрокосмической отрасли | Аэрокосмическая корпорация» . www.aerospace.org . Архивировано из оригинала 20 апреля 2016 года . Проверено 10 апреля 2016 г. .
  23. ^ «XIPS (ксенон-ионная двигательная установка)» . www.daviddarling.info . Проверено 10 апреля 2016 г. .
  24. ^ abc Дж. С. Сови, В. К. Роулин и М. Дж. Паттерсон, «Проекты разработки 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.
  25. ^ "Испытание космической электрической ракеты" . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 1 июля 2010 г.
  26. ^ 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 .
  27. ^ «ESA и ANU совершают прорыв в области космических двигателей» (пресс-релиз). ЕКА. 11 января 2006 года . Проверено 29 июня 2007 г.
  28. ^ ANU Space Plasma, Power & Propulsion Group (SP3) (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.{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link)
  29. ^ 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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  30. ^ «FEEP - Электродвигатель с автоэмиссионной эмиссией» . Архивировано из оригинала 18 января 2012 года . Проверено 27 апреля 2012 г.
  31. ^ abcde Маркуччо, С.; и другие. «Экспериментальные характеристики автоэмиссионных микродвигателей» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2013 года . Проверено 27 апреля 2012 г.
  32. ^ Маррезе-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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  33. ^ 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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  34. ^ 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. PMID  15220162. S2CID  1405279. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 года . Проверено 18 октября 2016 г.
  35. ^ ЛаПуант, 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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  36. ↑ 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.
  37. ^ ""В Воронеже создан двигатель для Марса" в блоге "Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения" - Сделано у нас". Сделано у нас. 17 декабря 2013 г.
  38. ^ Эмселлем, Грегори Д. «Разработка мощного безэлектродного двигателя» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2008 года . Проверено 21 ноября 2007 г.
  39. ^ ab НАСА отменяет испытание ракеты Ad Astra на космической станции SEN News Ирен Клотц, 17 марта 2015 г.
  40. ^ Зыга, Лиза (2009). «Плазменная ракета может долететь до Марса за 39 дней». Физика.орг .
  41. ^ «Меньше топлива, больше тяги: разрабатываются новые двигатели для дальнего космоса» . Аругус-Пресс . Том. 128, нет. 48. Овоссо, Мичиган. 26 февраля 1982 г. с. 10.
  42. ^ 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.
  43. ^ «Ионное движение». Архивировано из оригинала 22 февраля 1999 года.
  44. ↑ 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 собрание и выставка аэрокосмических наук : 965. doi : 10.2514/6.2001-965. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года . Проверено 16 сентября 2021 г.
  45. ^ Аб Сонди, Дэвид. «Ионный двигатель НАСА NEXT работает пять с половиной лет без остановок, чтобы установить новый рекорд» . Проверено 26 июня 2013 г.
  46. ^ 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.
  47. ^ ab 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- я объединенная армия - Совещание ВМФ-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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  48. ↑ 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.
  49. ^ abcd Беннетт, Джей (24 октября 2017 г.). «Марсианский двигатель» бьет рекорды по ионному движению» . Проверено 30 мая 2021 г.
  50. ^ «' Путешествие в глубокий космос: обновление X3 Ion Thruster 2021» . 25 ноября 2020 г. Проверено 30 мая 2021 г.
  51. ^ ab "X3 - Подруливающее устройство вложенного канала" . Проверено 30 мая 2021 г.
  52. ^ 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
  53. ^ Радиочастотный ионный двигатель Astrium, модель RIT-22 EADS Astrium. Архивировано 13 июня 2009 г., в Wayback Machine.
  54. ^ "Двигатель на эффекте Холла BHT-8000 Busek" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  55. ^ abc Рафальский, Дмитрий; Мартинес, Хавьер Мартинес; Хабл, Луи; Зорзоли Росси, Елена; Пройнов, Пламен; Боре, Антуан; Барет, Томас; Пойет, Антуан; Лафлер, Тревор; Дудин Станислав; Аанесланд, Ане (2021). «Демонстрация на орбите йодной электрической двигательной установки». Природа . 599 (7885): 411–415. Бибкод : 2021Natur.599..411R. doi : 10.1038/s41586-021-04015-y. ПМЦ 8599014 . ПМИД  34789903. 
  56. ^ «Состояние усовершенствованных электродвигательных систем для исследовательских миссий». Aerojet Rocketdyne – через ResearchGate.
  57. ^ abcd 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.
  58. ^ abcd 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.
  59. ^ abcd 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.
  60. ^ abc «Программа электродвижения высокой мощности (HiPEP)» . НАСА . 22 декабря 2008 г. Архивировано из оригинала 5 марта 2009 г. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  61. ^ abcd 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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  62. ^ 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.
  63. ^ «Массовое исследование и масштабирование системы космического двигателя VASIMR® с использованием мощности IEPC-2013-149» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  64. ^ Майк Уолл (8 июля 2013 г.). «Новый космический двигатель может превратить крошечные кубсаты в межпланетных исследователей». Space.com . Покупка . Проверено 25 июня 2015 г.
  65. ^ abc «Двигатели PEPL: Амбиполярный двигатель CubeSat» . pepl.engin.umich.edu . Университет Мичигана. Архивировано из оригинала 12 мая 2015 года . Проверено 25 июня 2015 г.
  66. ^ abc «Выполнение миссии MARS-CAT». marscat.space . Колледж естественных наук и математики Хьюстонского университета . Проверено 25 июня 2015 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  67. ^ abc «Четвертая фаза: двигательная установка космического корабля, меняющая правила игры». Phasefour.io . Проверено 5 июня 2017 г.
  68. ^ ab "Двигатель на эффекте Криптон-Холла для космического движения" . IFPiLM.pl . Архивировано из оригинала 29 января 2014 года . Проверено 29 января 2014 г.
  69. ^ «Транспортно-энергетический модуль: новый российский буксир НЭПа». За пределами НЕРВЫ . 29 января 2020 г.
  70. ^ Тесленко, Владимир (31 августа 2015 г.). «Космические ядерные двигательные установки теперь возможны только в России». Коммерсант .
  71. ^ «Разрушающий физический анализ полых катодов из испытания 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. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  72. ^ «Двигатель НАСА достиг мирового рекорда за 5+ лет работы» . Проверено 27 июня 2012 г.
  73. ^ «Более внимательный взгляд на стационарный плазменный двигатель» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 года.
  74. ^ ab Обзор разработки и применения усовершенствованной электрической силовой установки (AEPS), 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, NASA/TM—2018-219761 35-я Международная конференция по электродвигателям, Атланта, Джорджия, 8–12 октября 2017 г., по состоянию на 27 июля 2018 г.
  75. ^ 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.
  76. ^ Элементы ракетной двигательной установки - Sutton & Biblarz, 7-е издание
  77. ^ «Космический корабль с йодным двигателем впервые испытан на орбите в ноябре 2021 года» . 18 ноября 2021 г.
  78. ^ Элгин, Бен (19 ноября 2018 г.). «Этот космический стартап из Кремниевой долины может насытить атмосферу ртутью». Новости Блумберга . Проверено 19 ноября 2018 г.
  79. ↑ Козиол, Майкл (19 апреля 2022 г.). «ООН уничтожает любые планы по использованию ртути в качестве ракетного топлива». IEEE-спектр . Проверено 2 мая 2022 г.
  80. ^ @SpaceX (26 февраля 2023 г.). «Помимо других усовершенствований, V2 mini оснащены новыми аргоновыми двигателями Холла для маневрирования на орбите» (Твиттер) . Проверено 26 февраля 2023 г. - через Twitter .
  81. ^ 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.
  82. ^ «Spacety запускает спутник для испытания технологий йодной электрической силовой установки и созвездия ThrustMe» . Космические новости .
  83. ^ «Йодный двигатель может замедлить накопление космического мусора» . Европейское космическое агентство (ЕКА) .
  84. ^ "Бэйханконгши 1 (TY 20)" . Космическая страница Гюнтера .
  85. ^ 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. doi : 10.1038/s41586-021-04015-y. ISSN  0028-0836. ПМЦ 8599014 . PMID  34789903. S2CID  244347528. И атомарные, и молекулярные ионы йода ускоряются с помощью высоковольтных сеток для создания тяги, а высококоллимированный луч может быть получен при значительной диссоциации йода. 
  86. ^ Страница SERT. Архивировано 25 октября 2010 г. в Wayback Machine в Astronautix (по состоянию на 1 июля 2010 г.).
  87. ^ "Команда Артемиды получает награду за космическое спасение" . ЕКА . Проверено 16 ноября 2006 г.
  88. ^ «Спасение в космосе».
  89. ^ «Электрическая силовая установка может запустить новую коммерческую тенденцию» . Космический полет сейчас.
  90. ^ «Космический полет сейчас | Отчет о запуске Атласа | Спутник связи AEHF 2 продолжает набирать высоту» . spaceflightnow.com .
  91. ↑ Джонс, Эндрю (28 апреля 2021 г.). «Три десятилетия в процессе создания, на этой неделе стартует китайская космическая станция». ИИЭЭ .
  92. ↑ Чен, Стивен (2 июня 2021 г.). «Как китайская космическая станция может помочь астронавтам отправиться на Марс».
  93. ^ «SpaceX раскрывает дополнительную информацию о Starlink после запуска первых 60 спутников» . 24 мая 2019 года . Проверено 30 июля 2020 г.
  94. ^ В.К. Роулин; М. Дж. Паттерсон; Р. П. Грубер (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.
  95. ^ «小惑星探査機はやぶさ搭載イオンエンジン (ионные двигатели, используемые на астероидном зонде Хаябуса)» (на японском языке). КАК ЕСТЬ. Архивировано из оригинала 19 августа 2006 года . Проверено 13 октября 2006 г.
  96. ↑ Табути, Хироко (1 июля 2010 г.). «Неисправный космический зонд рассматривается как проверка знаний Японии». Нью-Йорк Таймс .
  97. ^ Состояние работы ионных двигателей исследователя астероидов Хаябуса-2, Нисияма, Кадзутака; Хосода, Сатоши; Цукидзаки, Рюдо; Кунинака, Хитоши; ДЖАКСА , январь 2017 г.
  98. ^ Космический Prius. Архивировано 5 июня 2011 г. в Wayback Machine , 13 сентября 2007 г., Лаборатория реактивного движения НАСА. Всеобщее достояниеЭта статья включает текст из этого источника, который находится в свободном доступе .
  99. ^ «Миссия НАСА «Рассвет» к поясу астероидов подходит к концу» . НАСА. 1 ноября 2018 г. Всеобщее достояниеВ данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .
  100. ^ «Начало БепиКоломбо заканчивается» . ЕКА. 22 октября 2018 года . Проверено 1 ноября 2018 г.
  101. ^ ab «Резюме» (PDF) . Рекламная компания «Ракетная компания Астра». 24 января 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 31 марта 2010 г. . Проверено 27 февраля 2010 г.
  102. ↑ Клотц, Ирен (7 августа 2008 г.). «Плазменная ракета может быть испытана на космической станции». Новости Дискавери . Проверено 27 февраля 2010 г.
  103. ↑ Уиттингтон, Марк (10 марта 2011 г.). «НАСА проведет испытания плазменной ракеты VF-200 VASIMR на МКС». Яху . Проверено 27 января 2012 г.
  104. ↑ 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.
  105. ↑ Аб Шига, Дэвид (5 октября 2009 г.). «Ракетная компания испытывает самый мощный в мире ионный двигатель». Новый учёный . Проверено 16 ноября 2019 г.
  106. ^ «Отчет № IG-21-004: Управление НАСА программой шлюзов 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.
  107. ^ Лэндис, Джеффри А. (1991). «Межзвездный зонд с лазерным двигателем». Вестник АПС . 36 (5): 1687–1688.
  108. ^ Лэндис, Джеффри А. (1994). «Межзвездный зонд с лазерным двигателем». ДжеффриЛэндис.com . Архивировано из оригинала 22 июля 2012 года.
  109. ^ "Темы: Ионный Драйв" . Энциклопедия научной фантастики .
  110. ^ Крушель, Карстен (2007). Leim für die Venus – Der Science-Fiction-Film in der DDR [ Клей для Венеры – Научно-фантастический фильм в ГДР ] (на немецком языке). Хейн. стр. 803–888. ISBN 978-3-453-52261-9.
  111. ^ "Расшифровки Звездного пути - Мозг Спока" . chakoteya.net .
  112. ↑ ДеКандидо, Кейт РА (7 июня 2016 г.). «Звездный путь. Пересмотр оригинального сериала: Мозг Спока». тор.com .
  113. ^ 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

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные с ионным движением .

Статьи