stringtranslate.com

Ионный двигатель

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

Ионный двигатель , ионный привод или ионный двигатель — это разновидность электрического двигателя, используемого для движения космических аппаратов . Ионный двигатель создает облако положительных ионов из нейтрального газа, ионизируя его для извлечения некоторых электронов из его атомов . Затем ионы ускоряются с помощью электричества для создания тяги . Ионные двигатели подразделяются на электростатические и электромагнитные .

Электростатические ионы двигателя ускоряются силой Кулона вдоль направления электрического поля . Временно сохраненные электроны повторно инжектируются нейтрализатором в облако ионов после того, как оно прошло через электростатическую сетку, так что газ снова становится нейтральным и может свободно рассеиваться в пространстве без 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 специально называются плазменными двигателями , в которых электрическое поле не совпадает с направлением ускорения. [1] [2]

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

Космический аппарат Deep Space 1 , работающий на ионном двигателе, изменил скорость на 4,3 км/с (2,7 миль/с), потребляя при этом менее 74 кг (163 фунтов) ксенона . Космический аппарат Dawn побил рекорд, изменив скорость на 11,5 км/с (7,1 миль/с), хотя он был только наполовину менее эффективен, потребляя 425 кг (937 фунтов) ксенона. [6]

Применения включают управление ориентацией и положением орбитальных спутников (некоторые спутники имеют десятки маломощных ионных двигателей), использование в качестве основного двигателя для маломассивных роботизированных космических аппаратов (таких как Deep Space 1 и Dawn ) [3] [4] и использование в качестве двигателей для пилотируемых космических аппаратов и космических станций (например, Tiangong ). [7]

Ионные двигатели тяги, как правило, практичны только в вакууме космоса, поскольку крошечная тяга двигателя не может преодолеть какое-либо значительное сопротивление воздуха без радикальных изменений конструкции, как можно найти в концепции « Дышащего атмосферой электрического движения ». Массачусетский технологический институт (MIT) создал конструкции, которые способны летать на короткие расстояния и на низких скоростях у земли, используя сверхлегкие материалы и аэродинамические профили с низким сопротивлением. Ионный двигатель обычно не может генерировать достаточную тягу для достижения начального взлета с любого небесного тела со значительной поверхностной гравитацией . По этим причинам космические аппараты должны полагаться на другие методы, такие как обычные химические ракеты или неракетные технологии запуска, чтобы достичь своей начальной орбиты .

Происхождение

Космический аппарат СЕРТ-1

Первым человеком, который написал статью, публично представившую эту идею, был Константин Циолковский в 1911 году. [8] Метод был рекомендован для условий, близких к вакууму, на большой высоте, но тяга была продемонстрирована с ионизированными потоками воздуха при атмосферном давлении. Идея снова появилась в Wege zur Raumschiffahrt Германа Оберта ( 1929; Пути к космическим полетам ), [9] где он изложил свои мысли об экономии массы электрическим движением, предсказал его использование в движении космических аппаратов и управлении ориентацией , и отстаивал электростатическое ускорение заряженных газов. [10]

Рабочий ионный двигатель был построен Гарольдом Р. Кауфманом в 1959 году в исследовательском центре NASA Glenn . Он был похож на электростатический ионный двигатель с сеткой и использовал ртуть в качестве топлива. Суборбитальные испытания проводились в 1960-х и в 1964 году, и двигатель был отправлен в суборбитальный полет на борту Space Electric Rocket Test-1 (SERT-1). [11] [12] Он успешно проработал запланированные 31 минуту, прежде чем упасть на Землю. [13] За этим испытанием последовало орбитальное испытание SERT-2 в 1970 году. [14] [15]

12 октября 1964 года «Восход-1» провел испытания с ионными двигателями, которые были прикреплены к внешней части космического корабля. [16]

Альтернативная форма электрического движения, двигатель Холла , изучалась независимо в Соединенных Штатах и ​​Советском Союзе в 1950-х и 1960-х годах. Двигатели Холла работали на советских спутниках с 1972 года до конца 1990-х годов, в основном для стабилизации спутников в направлениях север-юг и восток-запад. Около 100–200 двигателей выполнили миссии на советских и российских спутниках. [17] Советская конструкция двигателя была представлена ​​на Западе в 1992 году после того, как группа специалистов по электрическому движению 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 . Метод ускорения ионов различается, но все конструкции используют преимущество соотношения заряда и массы ионов. Это соотношение означает, что относительно небольшие разности потенциалов могут создавать высокие скорости истечения. Это уменьшает количество требуемой реакционной массы или топлива, но увеличивает количество требуемой удельной мощности по сравнению с химическими ракетами . Поэтому ионные двигатели способны достигать высоких удельных импульсов . Недостатком низкой тяги является низкое ускорение, поскольку масса электрического силового агрегата напрямую коррелирует с количеством мощности. Эта низкая тяга делает ионные двигатели непригодными для запуска космических аппаратов на орбиту, но эффективными для движения в космосе в течение более длительных периодов времени.

Ионные двигатели подразделяются на электростатические и электромагнитные . Основное различие заключается в способе ускорения ионов.

Электроэнергия для ионных двигателей обычно обеспечивается солнечными панелями . Однако, для достаточно больших расстояний от солнца, может использоваться ядерная энергия . В каждом случае масса источника питания пропорциональна пиковой мощности, которая может быть предоставлена, и оба обеспечивают, для этого применения, почти безграничную энергию. [18]

Электрические двигатели, как правило, создают низкую тягу, что приводит к низкому ускорению. Определяя , стандартное гравитационное ускорение Земли , и отмечая, что , это можно проанализировать. Двигатель NSTAR , создающий силу тяги 92 мН [19], ускорит спутник массой 1 тонна на 0,092 Н / 1000 кг = 9,2 × 10−5 м/с 2 (или 9,38 × 10−6 г ) . Однако это ускорение может поддерживаться в течение месяцев или лет подряд, в отличие от очень коротких сгораний химических ракет .    

Где:

Ионный двигатель не является самым перспективным типом электрического двигателя космического корабля , но на сегодняшний день он является самым успешным на практике. [4] Ионному двигателю потребовалось бы 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 пространственным 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, разгоняя выхлоп до высокой скорости. Мощность, сообщаемая выхлопу, увеличивается пропорционально квадрату скорости выхлопа, в то время как увеличение тяги линейно. Наоборот, химические ракеты обеспечивают высокую тягу, но ограничены по общему импульсу небольшим количеством энергии , которое может быть химически сохранено в топливе. [20] Учитывая практический вес подходящих источников энергии, ускорение от ионного двигателя часто меньше 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 , и теорема Карно ограничивает скорость выхлопа.

Электростатические двигатели

Сетчатые электростатические ионные двигатели

Схема работы электростатического ионного двигателя с сеткой (многополюсный магнитный касповый тип)

Разработка электростатических ионных двигателей с сеткой началась в 1960-х годах [21] , и с тех пор они используются для коммерческих спутниковых двигателей [22] [23] [24] и научных миссий. [25] [26] Их главная особенность заключается в том, что процесс ионизации топлива физически отделен от процесса ускорения ионов. [27]

Процесс ионизации происходит в разрядной камере, где бомбардировка топлива энергичными электронами, по мере передачи энергии, выбрасывает валентные электроны из атомов газа топлива. Эти электроны могут быть предоставлены горячей катодной нитью и ускорены через разность потенциалов по направлению к аноду. Альтернативно, электроны могут быть ускорены осциллирующим индуцированным электрическим полем, созданным переменным электромагнитом, что приводит к самоподдерживающемуся разряду без катода (радиочастотный ионный двигатель).

Положительно заряженные ионы извлекаются системой, состоящей из 2 или 3 многоапертурных сеток. После входа в систему сеток вблизи плазменной оболочки ионы ускоряются разностью потенциалов между первой и второй сетками (называемых экранной сеткой и ускорительной сеткой соответственно) до конечной энергии ионов (обычно) 1–2 кэВ, что создает тягу.

Ионные двигатели испускают пучок положительно заряженных ионов. Чтобы не дать космическому кораблю накопить заряд, рядом с двигателем размещается еще один катод , который испускает электроны в ионный пучок, оставляя топливо электрически нейтральным. Это предотвращает притяжение (и возвращение) пучка ионов к космическому кораблю, что отменило бы тягу. [13]

Исследования сетчатого электростатического ионного двигателя (прошлое/настоящее):

Двигатели на эффекте Холла

Схема двигателя Холла

Двигатели с эффектом Холла ускоряют ионы с помощью электрического потенциала между цилиндрическим анодом и отрицательно заряженной плазмой, которая образует катод. Основная часть топлива (обычно ксенон) вводится вблизи анода, где оно ионизируется и течет к катоду; ионы ускоряются к нему и через него, подбирая электроны, когда они покидают его, 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 в значительной степени не подвержены влиянию магнитного поля, поскольку они слишком массивны. Однако электроны, образующиеся вблизи конца шипа для создания катода, захватываются магнитным полем и удерживаются на месте их притяжением к аноду. Некоторые из электронов спиралевидно спускаются к аноду, циркулируя вокруг шипа в токе Холла . Когда они достигают анода, они воздействуют на незаряженное топливо и вызывают его ионизацию, прежде чем, наконец, достигнут анода и замкнут цепь. [30]

Электротяга с автоэмиссионным двигателем

Электротяговые двигатели с автоэмиссионным двигателем (FEEP) могут использовать цезиевое или индиевое топливо. Конструкция включает в себя небольшой резервуар для топлива, 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 в миллиметре от конца трубки. Цезий и индий используются из-за их высокого атомного веса, низкого ионизационного потенциала 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, созданное эмиттером и ускорителем, затем ускоряет ионы. Внешний источник электронов нейтрализует положительно заряженный поток 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 конусообразную трубку, которая испускает рабочий газ. Аммиак является наиболее часто используемым газом. Для каждого импульса большой заряд накапливается в группе конденсаторов за катушкой, а 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 газе, который только что был выпущен, в направлении, противоположном исходному току. Этот противоположный ток ионизирует аммиак. Положительно заряженные ионы ускоряются от двигателя из-за электрического поля jθ, пересекающего магнитное поле Br, из-за силы Лоренца. [34]

Магнитоплазмодинамический двигатель

Магнитоплазмодинамические (MPD) двигатели и литиевые ускорители силы Лоренца (LiLFA) двигатели используют примерно одну и ту же идею. Двигатель LiLFA создан на основе двигателя MPD. В качестве топлива могут использоваться водород , аргон , аммиак и азот . В определенной конфигурации в качестве топлива может использоваться окружающий газ на низкой околоземной орбите (LEO). Газ поступает в главную 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 магнитное поле вокруг катода, которое пересекается с электрическим полем, тем самым ускоряя плазму за счет силы Лоренца.

Двигатель LiLFA использует ту же общую идею, что и двигатель MPD, хотя с двумя основными отличиями. Во-первых, LiLFA использует пары лития, которые можно хранить в твердом виде. Другое отличие заключается в том, что один катод заменен несколькими меньшими катодными стержнями, упакованными в полую катодную трубку. Катоды MPD легко подвергаются коррозии из-за постоянного контакта с плазмой. В двигателе LiLFA пары лития впрыскиваются в полый катод и не ионизируются в плазменную форму/корродируют катодные стержни, пока не покинут трубку. Затем плазма ускоряется с использованием той же силы Лоренца . [35] [36] [37]

В 2013 году российское предприятие « Конструкторское бюро химической автоматики» успешно провело стендовые испытания двигателя МПД для дальних космических полетов. [38]

Безэлектродные плазменные двигатели

Безэлектродные плазменные двигатели имеют две уникальные особенности: удаление анодных и катодных 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 он ускоряется осциллирующим электрическим и магнитным полем, также известным как пондеромоторная сила . Такое разделение стадий ионизации и ускорения позволяет дросселировать поток топлива, что затем изменяет величину тяги и удельные значения импульса. [39]

Двигатели Helicon с двойным слоем

Геликоновый двухслойный двигатель — это тип плазменного двигателя, который выбрасывает ионизированный газ с высокой скоростью для создания тяги . В этой конструкции газ впрыскивается в трубчатую камеру ( трубку источника ) с одним открытым концом. Радиочастотная мощность переменного тока (на частоте 13,56 МГц в конструкции прототипа) подается в антенну специальной формы , обернутую вокруг камеры. Электромагнитная волна, излучаемая антенной, заставляет газ распадаться и образовывать плазму. Затем антенна возбуждает геликоновую волну в плазме, которая дополнительно нагревает ее. Устройство имеет примерно постоянное магнитное поле в трубке источника (снабжаемое соленоидами в прототипе), но магнитное поле расходится и быстро уменьшается по величине вдали от области источника и может рассматриваться 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 меняются через эту границу, которая известна как электрический двойной слой без тока . Электрический потенциал внутри области источника намного выше, чем в выхлопе, и это служит как для ограничения большинства электронов, так и для ускорения ионов 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 ракета с переменным удельным импульсом магнитоплазмы (VASIMR) функционирует, используя радиоволны для ионизации топлива в плазму, а затем используя магнитное поле 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 содействии канадской компании Nautel , производящей 200-киловаттные радиочастотные генераторы для ионизации топлива. Некоторые компоненты и эксперименты по «плазменным выстрелам» испытываются в лаборатории, расположенной в Либерии, Коста-Рика . Этот проект возглавляет бывший астронавт НАСА Франклин Чанг-Диас (CRC-USA). Обсуждался вопрос установки испытательного двигателя VASIMR мощностью 200 кВт на внешней стороне Международной космической станции в рамках плана по испытанию VASIMR в космосе; Однако планы проведения этого испытания на борту МКС были отменены NASA в 2015 году , и вместо этого Ad Astra обсуждает возможность проведения испытания VASIMR в свободном полете. [40] Предполагаемый двигатель мощностью 200 МВт может сократить продолжительность полета от Земли до Юпитера или Сатурна с шести лет до четырнадцати месяцев, а до Марса — с 7 месяцев до 39 дней. [41]

Микроволновые электротермические двигатели

Микроволновый электротермический двигатель

В рамках исследовательского гранта от Исследовательского центра Льюиса НАСА в 1980-х и 1990-х годах Мартин С. Хоули и Джес Асмуссен руководили группой инженеров, разрабатывавших микроволновый электротермический двигатель (MET). [42]

В разрядной камере микроволновая (МВ) энергия поступает в центр, содержащий высокий уровень ионов (I), заставляя нейтральные виды в газообразном топливе ионизироваться. Возбужденные виды вытекают (FES) через область с низким содержанием ионов (II) в нейтральную область (III), где ионы завершают свою рекомбинацию , заменяясь потоком нейтральных видов (FNS) к центру. Между тем, энергия теряется на стенках камеры через теплопроводность и конвекцию ( HCC), вместе с излучением (Rad). Оставшаяся энергия, поглощенная в газообразном топливе, преобразуется в тягу .

Радиоизотопный двигатель

Была предложена теоретическая система движения, основанная на альфа-частицах ( He2+
или4
2Он2+
указывая на ион гелия с зарядом +2), испускаемый радиоизотопом однонаправленно через отверстие в его камере. Нейтрализующая электронная пушка будет производить крошечное количество тяги с высоким удельным импульсом порядка миллионов секунд из-за высокой релятивистской скорости альфа-частиц. [43]

В одном из вариантов используется графитовая сетка со статическим высоким напряжением постоянного тока для увеличения тяги, поскольку графит обладает высокой прозрачностью для альфа-частиц , если его также облучать коротковолновым ультрафиолетовым светом на правильной длине волны от твердотельного излучателя. Это также позволяет использовать источники с меньшей энергией и более длительным периодом полураспада, что было бы выгодно для космического применения. Гелиевая засыпка также была предложена как способ увеличения средней длины свободного пробега электронов.

Сравнения

Продолжительность жизни

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

Срок службы электростатических ионных двигателей ограничен несколькими процессами.

Срок службы сетчатого двигателя

В электростатических сетчатых конструкциях ионы перезарядки, производимые ионами пучка с нейтральным газовым потоком, могут ускоряться в направлении отрицательно смещенной сетки ускорителя и вызывать эрозию сетки. Конец срока службы достигается, 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. Эрозии сетки невозможно избежать, и она является основным фактором, ограничивающим срок службы. Тщательная конструкция сетки и выбор материала обеспечивают срок службы 20 000 часов и более.

Испытание электростатического ионного двигателя NASA Solar Technology Application Readiness (NSTAR) показало 30 472 часа (примерно 3,5 года) непрерывной тяги на максимальной мощности. Послетестовое обследование показало, что двигатель не приближался к отказу. [73] [3] [4] NSTAR работал на Dawn в течение многих лет .

Проект NASA Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) непрерывно работал более 48 000 часов. [74] Испытание проводилось в высоковакуумной испытательной камере. В ходе испытания, которое длилось более пяти с половиной лет, двигатель израсходовал около 870 килограммов ксенонового топлива. Для получения полного импульса потребовалось бы более 10 000 килограммов обычного ракетного топлива для аналогичного применения.

Срок службы двигателя Холла

Двигатели на эффекте Холла страдают от сильной эрозии керамической разрядной камеры под воздействием энергичных ионов: испытание, проведенное в 2010 году [75], показало эрозию около 1 мм за сто часов работы, хотя это не согласуется с наблюдаемыми сроками службы на орбите в несколько тысяч часов.

Ожидается, что усовершенствованная электрическая двигательная система (AEPS) будет работать около 5000 часов, а проект направлен на создание летной модели, которая обеспечивает период полураспада не менее 23 000 часов [76] и полный срок службы около 50 000 часов. [77]

Пропелленты

Энергия ионизации составляет большую долю энергии, необходимой для работы ионных двигателей. Идеальное топливо, таким образом, легко ионизировать и имеет высокое отношение массы к энергии ионизации. Кроме того, топливо не должно в значительной степени разрушать двигатель, чтобы обеспечить длительный срок службы, и не должно загрязнять транспортное средство. [78]

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

Некоторые старые конструкции ионных двигателей использовали ртутное топливо. Однако ртуть токсична, имеет тенденцию загрязнять космические аппараты и ее трудно аккуратно 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]

С 2018 по 2023 год криптон использовался в качестве топлива для двигателей Холла на борту интернет-спутников Starlink , отчасти из-за его более низкой стоимости по сравнению с обычным ксеноновым топливом. [82] Спутники Starlink V2-mini с тех пор перешли на аргоновые двигатели Холла, обеспечивающие более высокий удельный импульс. [83]

Другие виды топлива, такие как висмут и йод , перспективны как для бессеточных конструкций, таких как двигатели Холла, [59] [60] [61] , так и для сеточных ионных двигателей. [84]

Йод был использован в качестве топлива впервые в космосе в сетевом ионном двигателе NPT30-I2 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 на марсианском массиве ионосферных исследовательских спутников с использованием амбиполярного двигателя CubeSat (MARS-CAT), также предлагает использовать твердый йод в качестве топлива для минимизации объема хранения. [68] [69]

Конструкция VASIMR (и другие плазменные двигатели) теоретически способны использовать практически любой материал для топлива. Однако в текущих испытаниях наиболее практичным топливом является аргон , который относительно распространен и недорог.

Энергоэффективность

Участок мгновенная эффективность тяги и Общая эффективность для автомобиля, разгоняющегося из состояния покоя, в процентах от эффективности двигателя. Обратите внимание, что пиковая эффективность автомобиля достигается при скорости выхлопных газов, примерно в 1,6 раза превышающей скорость выхлопных газов.

Эффективность ионного двигателя — это кинетическая энергия выхлопной струи, выбрасываемой за секунду, деленная на электрическую мощность, потребляемую устройством.

Общая энергетическая эффективность системы определяется эффективностью тяги , которая зависит от скорости транспортного средства и скорости выхлопа. Некоторые двигатели могут изменять скорость выхлопа в процессе работы, но все они могут быть спроектированы с разными скоростями выхлопа. На нижнем конце удельного импульса, I sp , общая эффективность падает, поскольку ионизация потребляет больший процент энергии, а на верхнем конце эффективность тяги снижается.

Можно рассчитать оптимальную эффективность и скорость истечения для любой конкретной миссии, чтобы получить минимальную общую стоимость.

Миссии

Ионные двигатели имеют множество применений в качестве двигателей в космосе. Лучшие приложения используют длительный интервал миссии, когда значительная тяга не требуется. Примерами этого являются переходы на орбиту, корректировка ориентации , компенсация сопротивления для низких околоземных орбит , точная корректировка для научных миссий и транспортировка грузов между хранилищами топлива , например, для химического топлива. Ионные двигатели также могут использоваться для межпланетных и дальних космических миссий, где темпы ускорения не имеют решающего значения. Ионные двигатели рассматриваются как лучшее решение 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 миссиями NASA Lewis (теперь Glenn Research Center) 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 так, как и предполагалось в космосе. Это были электростатические ионные двигатели, использующие ртуть и цезий в качестве реакционной массы. SERT-2A, запущенный 4 февраля 1970 года, [14] [89] проверил работу двух ртутных ионных двигателей в течение тысяч часов работы. [14]

Оперативные миссии

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

Два геостационарных спутника (ЕКА Artemis в 2001–2003 гг. [90] и армейский AEHF-1 США в 2010–2012 гг. [91] ) использовали ионный двигатель для изменения орбиты после отказа химического ракетного двигателя. Boeing [92] начал использовать ионные двигатели для поддержания орбиты в 1997 г. и планировал в 2013–2014 гг. предложить вариант на своей платформе 702 без химического двигателя и с ионными двигателями для подъема орбиты; это позволяет значительно снизить стартовую массу для заданных возможностей спутника. AEHF-2 использовал химический двигатель для подъема перигея до 16 330 км (10 150 миль) и перешел на геосинхронную орбиту с помощью электротяги. [93]

На околоземной орбите

Космическая станция Тяньгун

Китайская космическая станция Tiangong оснащена ионными двигателями. Ее основной модуль Tianhe приводится в движение как химическими двигателями, так и четырьмя двигателями на эффекте Холла, [94] которые используются для регулировки и поддержания орбиты станции. Разработка двигателей на эффекте Холла считается деликатной темой в Китае, и ученые «работают над улучшением технологии, не привлекая внимания». Двигатели на эффекте Холла создаются с учетом безопасности пилотируемых миссий с целью 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 Tiangong, непрерывно работал в течение 8240 часов без сбоев, что указывает на его пригодность для обозначенного 15-летнего срока службы китайской космической станции. [95] Это первый в мире двигатель Холла, используемый в пилотируемой миссии. [7]

Спутниковая группировка Starlink компании SpaceX использует двигатели Холла, работающие на криптоне или аргоне, для повышения орбиты, выполнения маневров и схода с орбиты по окончании срока их использования. [96]

ГОЧЕ

Космический аппарат ESA для изучения гравитационного поля и стационарной циркуляции океана (GOCE) был запущен 16 марта 2009 года. В течение всей своей двадцатимесячной миссии он использовал ионный двигатель для борьбы с сопротивлением воздуха на низкой орбите (высотой 255 километров), прежде чем был намеренно сведен с орбиты 11 ноября 2013 года.

В глубоком космосе

Глубокий космос 1

NASA 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 тяги в качестве межпланетной двигательной системы в научной миссии. [25] Основываясь на критериях проектирования NASA, исследовательские лаборатории Hughes разработали ксеноновую ионную двигательную систему (XIPS) для выполнения удержания станции на геосинхронных спутниках . [97] Компания Hughes (EDD) изготовила двигатель NSTAR, используемый на космическом корабле.

Хаябуса и Хаябуса2

Космический зонд Hayabusa Японского агентства аэрокосмических исследований был запущен в 2003 году и встретился с астероидом 25143 Итокава . Он был оснащен четырьмя ксеноновыми ионными двигателями, которые использовали микроволновый электронно-циклотронный резонанс для ионизации топлива и устойчивый к эрозии углерод/углеродный композитный материал для своей ускоряющей сетки. [98] Хотя ионные двигатели на Hayabusa испытывали технические трудности, 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]

Смарт 1

Спутник Европейского космического агентства SMART-1 был запущен в 2003 году с использованием двигателя Холла Snecma PPS-1350 -G для перехода с геостационарной орбиты на лунную орбиту. Этот спутник завершил свою миссию 3 сентября 2006 года в контролируемом столкновении с поверхностью Луны после отклонения траектории, чтобы ученые могли 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 триксеноновых ионных двигателя Deep Space 1 (работавших по одному за раз). Ионный двигатель Dawn способен разгоняться от 0 до 97 км/ч (60 миль/ч) за 4 дня непрерывной работы. [101] Миссия завершилась 1 ноября 2018 года, когда у космического корабля закончилось химическое топливо гидразин для его двигателей ориентации. [102]

ЛИЗА Патфайндер

LISA Pathfinder — космический аппарат ЕКА , запущенный в 2015 году на орбиту точки L1 системы Солнце-Земля. Он не использует ионные двигатели в качестве основной двигательной системы, а использует как коллоидные двигатели , так и FEEP для точного управления ориентацией — низкая тяга этих двигательных устройств позволяет точно перемещать космический аппарат на инкрементные расстояния. Это тест для миссии LISA . Миссия завершилась 30 декабря 2017 года.

BepiColombo

Миссия BepiColombo Европейского космического агентства была запущена к Меркурию 20 октября 2018 года. [103] Она использует ионные двигатели в сочетании с пролетными модулями для достижения Меркурия, где химическая ракета завершит выход на орбиту.

Тест на перенаправление двойного астероида

Испытание NASA по перенаправлению двойного астероида (DART) было начато в 2021 году, и в ходе него ксеноновый ионный двигатель NEXT-C проработал около 1000 часов, достигнув целевого астероида 28 сентября 2022 года.

Психея

Космический аппарат NASA Psyche был запущен в 2023 году и использует ксеноновый ионный двигатель SPT-140 , чтобы достичь астероида 16 Psyche в августе 2029 года.

Предлагаемые миссии

Международная космическая станция

По состоянию на март 2011 года рассматривался будущий запуск электромагнитного двигателя Ad Astra VF-200 200 kW VASIMR для испытаний на Международной космической станции (МКС). [104] [105] Однако в 2015 году NASA прекратило планы по запуску VF-200 на МКС. Представитель NASA 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 был бы летной версией VX -200 . [106] [107] Поскольку доступная мощность МКС составляет менее 200 кВт, МКС VASIMR включала бы систему аккумуляторных батарей с подзарядкой малым током, обеспечивающую 15-минутные импульсы тяги. МКС вращается на относительно низкой высоте и испытывает довольно высокие уровни атмосферного сопротивления , требуя периодических повышений высоты — высокоэффективный двигатель (высокий удельный импульс) для удержания станции был бы ценным; теоретически повторное ускорение VASIMR могло бы сократить расходы на топливо с нынешних 210 миллионов долларов США в год до одной двадцатой. [104] VASIMR теоретически мог бы использовать всего 300 кг аргона для удержания станции МКС вместо 7500 кг химического топлива — высокая скорость истечения (высокий удельный импульс ) позволила бы достичь того же ускорения с меньшим количеством топлива по сравнению с химическим двигателем с его более низкой скоростью истечения, требующим большего количества топлива. [108] Водород вырабатывается на МКС как побочный продукт и выбрасывается в космос.

Ранее НАСА работало над двигателем Холла мощностью 50 кВт для МКС, но работы были остановлены в 2005 году. [108]

Лунные Врата

Power and Propulsion Element (PPE) — это модуль на Lunar Gateway , который обеспечивает возможности генерации электроэнергии и движения. Он нацелен на запуск на коммерческом транспортном средстве в январе 2024 года. [109] Он, вероятно, будет использовать 50-киловаттную усовершенствованную электрическую двигательную систему (AEPS), разрабатываемую в NASA Glenn Research Center и Aerojet Rocketdyne . [76]

МАРС-КОТ

Миссия MARS-CAT (Mars Array of ionospheric Research Satellites using the CubeSat Ambipolar Thruster) — это концептуальная миссия из двух 6U CubeSat для изучения ионосферы Марса. Миссия будет исследовать его плазменную и магнитную структуру, включая переходные плазменные структуры, структуру магнитного поля, магнитную активность и корреляцию с солнечными ветровыми двигателями. [68] Двигатель CAT теперь называется двигателем RF и производится компанией Phase Four. [69]

Межзвездные миссии

Джеффри А. Лэндис предложил использовать ионный двигатель, работающий на космическом лазере, в сочетании со световым парусом для приведения в движение межзвездного зонда. [110] [111]

Популярная культура

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Jahn, Robert G. (1968). Физика электрического движения (1-е изд.). McGraw Hill Book Company. ISBN 978-0070322448.Перепечатка: Jahn, Robert G. (2006). Физика электрического движения . Dover Publications. ISBN 978-0486450407.
  2. ^ Jahn, Robert G.; Choueiri, Edgar Y. (2003). "Электрический двигатель" (PDF) . Энциклопедия физической науки и техники . Том 5 (3-е изд.). Academic Press. С. 125–141. ISBN 978-0122274107. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г.
  3. ^ abcd "Choueiri, Edgar Y., (2009) Новый рассвет электрической ракеты Ионный привод" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г.
  4. ^ abcdefg Choueiri, Edgar Y. (2009). «Новый рассвет электрических ракет». Scientific American . 300 (2): 58–65. Bibcode : 2009SciAm.300b..58C. doi : 10.1038/scientificamerican0209-58. PMID  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 . Получено 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 космических двигателей]».中国新闻网(на китайском языке). Архивировано из оригинала 6 июля 2021 года . Проверено 18 июля 2021 г.
  8. ^ "Ионный двигатель – более 50 лет в разработке". Science@NASA . Архивировано из оригинала 27 марта 2010 г.
  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. ^ Choueiri, EY "A Critical History of Electric Propulsion: The First 50 Years (1906–1956)" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г. . Получено 18 октября 2016 г. .
  11. ^ «Вклад в Deep Space 1». NASA. 14 апреля 2015 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  12. ^ Cybulski, Ronald J.; Shellhammer, Daniel M.; Lovell, Robert R.; Domino, Edward J.; Kotnik, Joseph T. (1965). "Результаты летных испытаний ионной ракеты SERT I" (PDF) . NASA . NASA-TN-D-2718. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  13. ^ ab "Инновационные двигатели – исследования ионного движения Гленна решают проблемы космических путешествий 21-го века". Архивировано из оригинала 15 сентября 2007 г. Получено 19 ноября 2007 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  14. ^ abc "Space Electric Rocket Test II (SERT II)". NASA Glenn Research Center . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Получено 1 июля 2010 года .Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  15. ^ "Encyclopedia Astronautica Index: 1". www.astronautix.com . 25 октября 2010 г. Получено 17 мая 2024 г.
  16. ^ Сиддики, Асиф А. (2000). Вызов Аполлону: Советский Союз и космическая гонка, 1945–1974 (PDF) . NASA. стр. 423.
  17. ^ "Отечественные электроракетные двигатели сегодня". Новости космонавтики. 1999. Архивировано из оригинала 6 июня 2011.
  18. ^ "Ионный двигатель: дальше, быстрее, дешевле". NASA . Архивировано из оригинала 11 ноября 2020 года . Получено 4 февраля 2022 года .
  19. ^ abcd Шига, Дэвид (28 сентября 2007 г.). «Ионный двигатель следующего поколения устанавливает новый рекорд тяги». NewScientist . Получено 2 февраля 2011 г.
  20. ^ "ESA Science & Technology – Electric Spacecraft Propulsion". sci.esa.int . Получено 17 мая 2024 г.
  21. ^ Mazouffre (2016). "Электрические двигатели для спутников и космических аппаратов: устоявшиеся технологии и новые подходы". Plasma Sources Science and Technology . 25 (3): 033002. Bibcode : 2016PSST...25c3002M. doi : 10.1088/0963-0252/25/3/033002. S2CID  41287361. Получено 29 июля 2021 г.
  22. ^ "601 Satellite Historical Snapshot". Boing . Получено 26 июля 2021 г.
  23. ^ "Электродвижение в аэрокосмической отрасли | Аэрокосмическая корпорация". www.aerospace.org . Архивировано из оригинала 20 апреля 2016 года . Получено 10 апреля 2016 года .
  24. ^ "XIPS (ксенон-ионная двигательная система)". www.daviddarling.info . Получено 10 апреля 2016 г. .
  25. ^ abc JS Sovey, VK Rawlin и MJ Patterson, «Проекты по разработке ионного двигателя в США: от испытания космической электрической ракеты 1 до полета в глубокий космос 1», Journal of Propulsion and Power, т. 17 , № 3, май–июнь 2001 г., стр. 517–526.
  26. ^ "Space Electric Rocket Test". Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Получено 1 июля 2010 года .
  27. ^ SANGREGORIO, Miguel; XIE, Kan (2017). «Решетки ионных двигателей: функции, основные параметры, проблемы, конфигурации, геометрии, материалы и методы изготовления». Chinese Journal of Aeronautics . 31 (8): 1635–1649. doi : 10.1016/j.cja.2018.06.005 .
  28. ^ "ESA и ANU совершают прорыв в области космических двигателей" (пресс-релиз). ESA. 11 января 2006 г. Получено 29 июня 2007 г.
  29. ^ Australian National University Space Plasma, Power & Propulsion Group (6 декабря 2006 г.). "ANU и ESA совершают прорыв в области космических двигателей". Австралийский национальный университет. Архивировано из оригинала 27 июня 2007 г. Получено 30 июня 2007 г.
  30. ^ Олесон, SR; Санкович, JM "Advanced Hall Electric Propulsion for Future In-Space Transportation" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 22 января 2004 года . Получено 21 ноября 2007 года . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  31. ^ "FEEP – Field-Emission Electric Propulsion". Архивировано из оригинала 18 января 2012 года . Получено 27 апреля 2012 года .
  32. ^ abcde Marcuccio, S.; et al. "Экспериментальные характеристики полевых эмиссионных микродвигателей" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 мая 2013 г. . Получено 27 апреля 2012 г. .
  33. ^ Marrese-Reading, Colleen; Polk, Jay; Mueller, Juergen; Owens, Al. "In-FEEP Thruster Ion Beam Neutralization with Thermionic and Field Emission Cathodes" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 13 октября 2006 г. . Получено 21 ноября 2007 г. . жидкое состояние и затягивается вверх по стержню иглы к кончику, где сильные электрические поля деформируют жидкость и извлекают ионы и ускоряют их до 130 км/с посредством 10 кВ Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  34. ^ Микеллидес, Павлос Г. "Импульсный индуктивный двигатель (PIT): моделирование и проверка с использованием кода MACH2" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 10 октября 2006 г. . Получено 21 ноября 2007 г. . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  35. ^ Санкаран, К.; Кэссади, Л.; Кодис, А. Д.; Чоуэри, EY (2004). «Обзор вариантов движения для грузовых и пилотируемых миссий на Марс» (PDF) . Анналы Нью-Йоркской академии наук . 1017 (1): 450–467. Bibcode :2004NYASA1017..450S. doi :10.1196/annals.1311.027. PMID  15220162. S2CID  1405279. Архивировано (PDF) из оригинала 10 октября 2022 г. . Получено 18 октября 2016 г. .
  36. ^ LaPointe, Michael R.; Mikellides, Pavlos G. "High Power MPD Thruster Development at the NASA Glenn Research Center" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 11 октября 2006 г. . Получено 21 ноября 2007 г. . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  37. ^ Конли, Буфорд Рэй (22 мая 1999 г.). «Использование окружающего газа в качестве топлива для низкоорбитального электродвижения» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 29 июня 2011 г.
  38. ^ ""В Воронеже создан двигатель для Марса" в блоге "Перспективные разработки, НИОКРы, изобретения" - Сделано у нас" (на русском языке). Сделано у нас. 17 декабря 2013 г.
  39. ^ Эмселлем, Грегори Д. "Разработка безэлектродного двигателя высокой мощности" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 15 мая 2008 г. . Получено 21 ноября 2007 г. .
  40. ^ ab Irene Klotz (17 марта 2015 г.). NASA отменяет испытание ракеты Ad Astra на космической станции SEN News.
  41. ^ Zyga, Lisa (2009). «Плазменная ракета может долететь до Марса за 39 дней». Phys.org .
  42. ^ «Меньше топлива, больше тяги: разрабатываются новые двигатели для дальнего космоса». The Arugus-Press . Т. 128, № 48. Овоссо, Мичиган. 26 февраля 1982 г. стр. 10.
  43. ^ Чжан, Вэньу; Лю, Чжэнь; Ян, Ян; Ду, Шиюй (2016). «Пересмотр движения частиц с околосветовой скоростью на основе альфа-распада». Applied Radiation and Isotopes . 114 : 14–18. Bibcode : 2016AppRI.114...14Z. doi : 10.1016/j.apradiso.2016.04.005 . PMID  27161512.
  44. ^ "Ионный двигатель". Архивировано из оригинала 22 февраля 1999 года.
  45. ^ Polk J, Kakuda R, Anderson J, Brophy J, Rawlin V, Patterson M, Sovey J, Hamley J (8 января 2001 г.). «Характеристики ионной двигательной системы NSTAR в миссии Deep Space One» (PDF) . 39-я конференция и выставка по аэрокосмическим наукам : 965. doi :10.2514/6.2001-965. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Получено 16 сентября 2021 г.
  46. ^ ab Szondy, David. "Ионный двигатель NEXT от NASA работает без остановок пять с половиной лет, установив новый рекорд" . Получено 26 июня 2013 г.
  47. ^ Шмидт, Джордж Р.; Паттерсон, Майкл Дж.; Бенсон, Скотт У. «Эволюционный ксеноновый двигатель NASA (NEXT): следующий шаг для американского дальнего космоса» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  48. ^ ab Herman, Daniel A. (3–7 мая 2010 г.), «Проект NASA's Evolutionary Xenon Thruster (NEXT) Qualifi cation Propellant Throughput Milestone: Performance, Erosion, and Thruster Service Life Prediction After 450 kg» (PDF) , 57th Joint Army-Navy-NASA-Air Force (JANNAF) Propulsion Meeting , Колорадо-Спрингс, Колорадо, США: NASA - Glenn Research Center, архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. , извлечено 8 марта 2014 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  49. ^ Shastry R, ​​Soulas G, Aulisio M, Schmidt G (25 сентября 2017 г.). "Status of NASA's NEXT-C Ion Propulsion System Development Project" (PDF) . 68-й Международный астронавтический конгресс . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. . Получено 16 сентября 2021 г. .
  50. ^ abcd Беннетт, Джей (24 октября 2017 г.). «Марсианский двигатель» бьет рекорды ионного движения» . Получено 30 мая 2021 г.
  51. ^ "'Deep Space Travel: X3 Ion Thruster 2021 update". 25 ноября 2020 г. Получено 30 мая 2021 г.
  52. ^ ab "X3 – Nested Channel Hall Thruster" . Получено 30 мая 2021 г. .
  53. ^ Обзор программы ядерной электрической ксеноновой ионной системы (NEXIS) (2006) Архивировано 22.05.2011 на Wayback Machine 10.02.2006 (Polk, Jay E., Goebel, Don, Brophy, John R., Beatty, John, Monheiser, J., Giles, D.) Scientific Commons
  54. ^ Радиочастотный ионный двигатель Astrium, модель RIT-22 EADS Astrium. Архивировано 13 июня 2009 г. на Wayback Machine.
  55. ^ "BHT-8000 Busek Hall Effect Thruster" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  56. ^ 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. дои : 10.1038/s41586-021-04015-y. ПМК 8599014 . ПМИД  34789903. 
  57. ^ abcdefgh "SpaceX о X: "Среди прочих 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 эксплуатации аргоновых двигателей Холла в космосе. Технические характеристики аргоновых двигателей Холла: - Тяга 170 мН - Удельный импульс 2500 с - Общий КПД 50% - Мощность 4,2 кВт - Масса 2,1 кг - Центральный катод"". Twitter . 26 февраля 2023 г. Архивировано из оригинала 1 марта 2023 г.
  58. ^ «Состояние современных электрических двигательных систем для исследовательских миссий». Aerojet Rocketdyne – через ResearchGate.
  59. ^ abcd Сабо, Дж., Робин, М., Пейнтал, Поте, Б., С., Хруби, В., «Исследования топлива для двигателей высокой плотности Холла», 48-я совместная конференция и выставка AIAA/ASME/SAE/ASEE по двигательным установкам, доклад AIAA 2012-3853, июль 2012 г.
  60. ^ abcd Сабо, Дж.; Поте, Б.; Пейнтал, С.; Робин, М.; Хиллер, А.; Бранам, Р.; Хаффман, Р. (2012). «Оценка производительности двигателя Холла на парах йода». Журнал движения и энергетики . 28 (4): 848–857. doi :10.2514/1.B34291.
  61. ^ abcd Szabo, J.; Robin, M.; Paintal, S.; Pote, B.; Hruby, V.; Freeman, C. (2015). "Результаты испытаний плазменного двигателя на йоде при мощности 1–10 кВт". IEEE Transactions on Plasma Science . 43 (1): 141–148. Bibcode : 2015ITPS...43..141S. doi : 10.1109/TPS.2014.2367417. S2CID  42482511.
  62. ^ abc "High Power Electric Propulsion Program (HiPEP)". NASA . 22 декабря 2008 г. Архивировано из оригинала 5 марта 2009 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  63. ^ abcd Джеймс С. Совей и Марис А. Мантениекс (январь 1988 г.). «Оценка производительности и срока службы технологии дугового двигателя MPD» (PDF) . стр. 11. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. Получено 9 мая 2019 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  64. ^ Характеристики VASIMR VX-200 и возможности ближайшей разработки SEP для беспилотного полета на Марс. Архивировано 11 марта 2011 г. на Wayback Machine , Тим Гловер, Коллоквиум «Будущее космических операций» (FISO), 19 января 2011 г., дата обращения 31 января 2011 г.
  65. ^ "VASIMR® Spaceflight Engine System Mass Study and Scaling with Power IEPC-2013-149" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  66. ↑ Майк Уолл (8 июля 2013 г.). «Новый космический двигатель может превратить крошечные кубсаты в межпланетные исследователи». Space.com . Покупка . Получено 25 июня 2015 г. .
  67. ^ abc "PEPL Thrusters: CubeSat Ambipolar Thruster". pepl.engin.umich.edu . Мичиганский университет. Архивировано из оригинала 12 мая 2015 г. Получено 25 июня 2015 г.
  68. ^ abc "Реализация миссии MARS-CAT". marscat.space . Колледж естественных наук и математики Хьюстонского университета. Архивировано из оригинала 26 июня 2015 г. Получено 25 июня 2015 г.
  69. ^ abc "Фаза четыре: революционная система движения космических аппаратов". phasefour.io . Получено 5 июня 2017 г. .
  70. ^ ab "Криптоновый двигатель на эффекте Холла для космического движения". IFPiLM.pl . Архивировано из оригинала 29 января 2014 года . Получено 29 января 2014 года .
  71. ^ "Транспортно-энергетический модуль: новый российский буксир НЭП". Beyond NERVA . 29 января 2020 г. Архивировано из оригинала 27 ноября 2020 г. Получено 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 из запасного ионного двигателя полета Deep Space 1, прошедшего 30 000-часовое испытание на ресурс" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 27 февраля 2009 г. . Получено 21 ноября 2007 г. . Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  74. ^ "NASA Thruster Achieves World – Record 5+ Years Operation" . Получено 27 июня 2012 г. .
  75. ^ "Более подробный обзор стационарного плазменного двигателя" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г.
  76. ^ ab Daniel A. Herman, Todd A. Tofil, Walter Santiago, Hani Kamhawi, James E. Polk, John S. Snyder, Richard R. Hofer, Frank Q. Picha, Jerry Jackson и May Allen. Обзор разработки и применения усовершенствованной электрической двигательной системы (AEPS), NASA/TM — 2018-219761 35-я Международная конференция по электрическому движению, Атланта, Джорджия, 8–12 октября 2017 г., дата обращения: 27 июля 2018 г.
  77. ^ Aerojet Rocketdyne подписывает контракт на разработку усовершенствованной электрической двигательной системы для NASA. Пресс-релиз Aerojet Rocketdyne, 28 апреля 2016 г. Дата обращения: 27 июля 2018 г.
  78. ^ Sutton & Biblarz, Элементы ракетной двигательной установки , 7-е издание.
  79. ^ "Космический аппарат на йоде впервые испытан на орбите в ноябре 2021 г.". 18 ноября 2021 г.
  80. ^ Элгин, Бен (19 ноября 2018 г.). «Этот космический стартап из Кремниевой долины может насытить атмосферу ртутью». Bloomberg News . Получено 19 ноября 2018 г.
  81. ^ Козиол, Майкл (19 апреля 2022 г.). «ООН отменяет любые планы использования ртути в качестве ракетного топлива». IEEE Spectrum . Получено 2 мая 2022 г.
  82. ^ @SpaceX (26 февраля 2023 г.). «Среди прочих усовершенствований V2 mini оснащены новыми аргоновыми двигателями Холла для маневрирования на орбите» ( Твит ) . Получено 26 февраля 2023 г. – через Twitter .
  83. ^ Grondein, P.; Lafleur, T.; Chabert, P.; Aanesland, A. (март 2016 г.). "Глобальная модель плазменного двигателя с йодной сеткой". Physics of Plasmas . 23 (3): 033514. Bibcode : 2016PhPl...23c3514G. doi : 10.1063/1.4944882. ISSN  1070-664X.
  84. ^ "Spacety запускает спутник для тестирования йодной электрической двигательной установки ThrustMe и технологий созвездия". SpaceNews .
  85. ^ «Йодный двигатель может замедлить накопление космического мусора». Европейское космическое агентство .
  86. ^ "Бейханконгши 1 (TY 20)" . 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. doi : 10.1038/s41586-021-04015-y. ISSN  0028-0836. ПМЦ 8599014 . PMID  34789903. S2CID  244347528. Как атомарные, так и молекулярные ионы йода ускоряются высоковольтными сетками для создания тяги, и может быть получен высококоллимированный пучок со значительной диссоциацией йода. 
  88. ↑ Страница SERT. Архивировано 25 октября 2010 г. на Wayback Machine в Astronautix (дата обращения 1 июля 2010 г.).
  89. ^ "Команда Artemis получает награду за спасение в космосе". ESA . Получено 16 ноября 2006 г.
  90. ^ «Спасение в космосе».
  91. ^ «Электрическая тяга может стать началом новой коммерческой тенденции». Spaceflight Now.
  92. ^ "Spaceflight Now | Отчет о запуске Atlas | Спутник связи AEHF 2 продолжает расти". spaceflightnow.com .
  93. ^ Джонс, Эндрю (28 апреля 2021 г.). «Три десятилетия в разработке, запуск китайской космической станции на этой неделе». IEEE .
  94. ^ Чен, Стивен (2 июня 2021 г.). «Как китайская космическая станция может помочь обеспечить астронавтов энергией для полета на Марс».
  95. ^ "SpaceX раскрывает больше информации о Starlink после запуска первых 60 спутников". 24 мая 2019 г. Получено 30 июля 2020 г.
  96. ^ Rawlin, VK; Patterson, M. J/; Gruber, RP (1990). "Xenon Ion Propulsion for Orbit Transfer" (PDF) . Технический меморандум NASA 103193 (AIAA-90-2527): 5. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. . Получено 25 января 2022 г. .
  97. ^ «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). ИСАС. Архивировано из оригинала 19 августа 2006 года . Проверено 13 октября 2006 г.
  98. ^ Табучи, Хироко (1 июля 2010 г.). «Неисправный космический зонд рассматривается как проверка японской компетентности». The New York Times .
  99. ^ Нисияма, Кадзутака; Хосода, Сатоши; Цукидзаки, Рюдо; Кунинака, Хитоши. Состояние работы ионных двигателей исследовательского астероида Хаябуса-2, JAXA , январь 2017 г.
  100. ↑ Prius of Space Архивировано 5 июня 2011 г. в Wayback Machine , 13 сентября 2007 г., Лаборатория реактивного движения NASA. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, который находится в общественном достоянии .
  101. ^ «Миссия NASA Dawn к поясу астероидов подходит к концу». NASA. 1 ноября 2018 г. Общественное достояниеВ данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .
  102. ^ "BepiColombo's beginning ends". ESA. 22 октября 2018 г. Получено 1 ноября 2018 г.
  103. ^ ab "Резюме" (PDF) . Ad Astra Rocket Company. 24 января 2010 г. Архивировано из оригинала (PDF) 31 марта 2010 г. Получено 27 февраля 2010 г.
  104. ^ Клотц, Ирен (7 августа 2008 г.). "Плазменная ракета может быть испытана на космической станции". Discovery News . Получено 27 февраля 2010 г.
  105. ^ Уиттингтон, Марк (10 марта 2011 г.). "NASA испытает плазменную ракету VF-200 VASIMR на МКС". Yahoo . Получено 27 января 2012 г.
  106. ↑ Мик, Джейсон (11 августа 2008 г.). «Коммерчески разработанный плазменный двигатель скоро будет испытан в космосе». DailyTech. Архивировано из оригинала 22 февраля 2015 г. Получено 27 февраля 2010 г.
  107. ^ ab Shiga, David (5 октября 2009 г.). «Rocket company tests world's most powerful ion engine» (Ракетная компания испытывает самый мощный в мире ионный двигатель). New Scientist . Получено 16 ноября 2019 г.
  108. ^ "Отчет № IG-21-004: Управление программой Gateway для миссий Artemis со стороны NASA" (PDF) . OIG . NASA . 10 ноября 2020 г. стр. 5–7. Архивировано (PDF) из оригинала 9 октября 2022 г. . Получено 28 декабря 2020 г. .
  109. ^ Лэндис, Джеффри А. (1991). «Лазерный межзвездный зонд». APS Bulletin . 36 (5): 1687–1688.
  110. ^ Лэндис, Джеффри А. (1994). "Laser-powered Interstellar Probe". GeoffreyLandis.com . Архивировано из оригинала 22 июля 2012 года.
  111. ^ "Темы: Ионный привод". Энциклопедия научной фантастики .
  112. ^ 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.
  113. ^ «Стенограммы «Звездного пути» – Мозг Спока». chakoteya.net .
  114. ^ ДеКандидо, Кит РА (7 июня 2016 г.). «Повторный просмотр оригинального сериала «Звездный путь»: «Мозг Спока». tor.com .
  115. ↑ Фокс, Стив, ред. (19 августа 2015 г.). «Девять настоящих технологий NASA в «Марсианине»». NASA . Архивировано из оригинала 20 июня 2018 г. Получено 30 июня 2023 г.

Библиография

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Ионный двигатель .

Статьи