Величезний електроракетний двигун із рекордними характеристиками пройшов наземний тест під навантаженням, що перевищує номінал. Новачок поєднує пристойну тягу з економічністю. А це дозволяє сподіватися на новий виток у розвитку космічної галузі.
Іонний двигун добре відомий нам із науково-фантастичних романів. Принцип його полягає в іонізації газу та її розгоні електростатичним полем. Іони дають набагато меншу тягу, ніж хімічне паливо, тому такий двигун не зможе надати ракеті навіть першу космічну швидкість. Але якщо запустити його в космосі, то він може працювати буквально роками безперервно, розганяючи корабель до небачених швидкостей.
У деяких космічних місіях вже застосовувалися такі двигуни, зокрема в японському кораблі «Хаябуса» (2005 рік, політ до астероїда Ітокава), а також в американському кораблі «Доун», який стартував у вересні 2007 року до астероїдів Веста та Церера.
Але Нова модельдвигуна під назвою VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) буде в сотні разів потужнішим за колишні іонні двигуни за рахунок використання в процесі розгону іонів аргону не стандартних металевих решіток, а радіочастотного генератора, який не вступає з газом у фізичний контакт, як грати.
Ad Astra Rocket Company провела випробування найпотужнішого на сьогоднішній день плазмового ракетного двигуна. VASIMR VX-200 (про який ми нещодавно розповідали) працював на 201 кВт у вакуумній камері, вперше подолавши позначку в 200 кВт. Тест також підтвердив, що маломасштабний прототип VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket – електромагнітний прискорювач із змінним питомим імпульсом) здатний функціонувати на повної потужності. "Це найпотужніша плазмова ракета у світі сьогодні", - говорить колишній астронавт і головний виконавчий директор Ad Astra Франклін Ченг-Діаз (Franklin Chang-Diaz).
Компанія уклала угоду з NASA на проведення перевірки працездатності двигуна на Міжнародній космічній станції (МКС) у 2013 році. Він вироблятиме періодичні “підштовхування” станції, яка постійно знижується через взаємодію з атмосферою. Нині такі операції виконуються двигунами малої тяги кораблів, які споживають близько 7,5 тонни ракетного палива на рік. Ченг-Діаз стверджує, що знизивши цю кількість до 0,3 т, VASIMR заощадить мільйони NASA щорічно.
Але Ad Astra має і амбітніші плани. Наприклад, місії на Марс на високої швидкості. 10 МВт або 20 МВт модифікація VASIMR зможе доставити людей на червону планету за 39 днів, тоді як у звичайних ракет на це піде півроку, якщо не більше. Чим коротша подорож, тим менше астронавти будуть піддаватися дії космічної радіації, яка є істотною перешкодою.
Інноваць іонний двигунтакож можна пристосувати для більшого вантажу роботизованих місіях, хоча швидкість польоту знизиться. Ченг Діаз працював над розробкою концепції VASIMR з 1979 року - задовго до заснування бізнесу в 2005 році. Технологія передбачає використання радіохвиль для нагрівання газів (водню, аргону, неону), щоб сформувати високотемпературну плазму. Магнітні поля виштовхують її з двигуна, завдяки чому створюється реактивна тяга. Як наслідок високої швидкості, яка досягається безперервним процесом її нарощування, потрібно набагато менше палива, ніж для звичайних двигунів. Крім того, в конструкції VASIMR немає фізичного контакту електродів з плазмою, а значить продовжується термін експлуатації.
Як працює VASIMR у тестовій камері, можна побачити у цьому ролику. Щоправда, він належить до давнього випробування, під час якого апарат споживав лише 179 кіловат. З них 30 кВт використовувалися в першій частині двигуна для створення плазми, а 149 – на розігрів та розгін її у другій камері.
Варто згадати американський міжпланетний апарат Dawn, який стартував восени 2007-го (до своєї першої мети, «Весті», він прибуде у 2011 році). Для розгону до поясу астероїдів Dawn використовує три іонні двигуни, кожен з яких розвиває максимальну тягу в 90 мільйонів.
"Це ідентично вазі одного листка із блокнота", - образно пояснює NASA. У чому, питається, сенс? Справа в тому, що “іонники” приблизно в 10 разів ефективніші за хімічні. ракетних двигунів. Зокрема, питомий імпульс пристроїв на Dawn становить 3100 секунд.
Тому 425 кілограмів робочого тіла (ксенону) їм вистачить на 2100 днів роботи. Нехай прискорення Dawn неможливо помітити оку, але загальне збільшення швидкості за весь час місії становитиме близько 10 кілометрів на секунду.
І сам апарат вийшов порівняно легким (тонна із чвертю). Тому для його старту із Землі знадобилася ракета меншого класу (Delta II), а отже - більш дешева, порівняно з тією, що знадобилася б для підйому на орбіту гіпотетичного дослідника астероїдів, побудованого на основі хімічних двигунів.
Питома імпульс установки VX-200 становить близько 5000 секунд. Взагалі ж може змінюватися, як і відбито у назві пристрою. Більший ККД можна отримати при малій тязі, менший - при максимальній.
Так можна варіювати режим роботи маршового двигуна в залежності від цілей місії космічного апарату. Десь можна дозволити собі витратити дещо більше робочого тіла, але скоротити час польоту, десь, навпаки, виконати завдання за більший термін, але за мінімальної витрати “пального”, а значить, - мінімальній вазіапарату.
Тут слід зазначити, що VASIMR претендує на роль якогось проміжного варіанта створення тяги за умов космосу. Проміжного між хімічними прискорювачами (потужними, але ненажерливими) та надзвичайно мініатюрними електроракетними двигунами, економічність яких може бути набагато вищою, ніж навіть у VX-200, але тяга становитиме лише частки грама.
VASIMR має ще одну перевагу перед суперниками зі стану електроракетних двигунів загалом: у ньому плазма в жодній точці не стикається з деталями апарату, а контактує лише з полями.
Це означає, що пристрій від Ad Astra зможе працювати багато місяців і навіть років без деградації конструкції - те що треба для розгону космічних апаратів на шляху в глибини Сонячної системи або корекції орбіти супутників. У класичних іонних ракетних двигунів хворе питання – ерозія ґрат-електродів. У VASIMR таких просто немає.
Ad Astra Rocket будує багаті плани застосування VASIMR у низці проектів. Так, за згодою з американським космічним агентством у 2013 році літний варіант VX-200, названий VF-200-1, має потрапити на випробування на МКС. Апарат, що розробляється нині, буде базуватися на загальному дизайні VX-200, але складатися з двох фактично паралельних двигунів по 100 кіловат кожен.
(Цікаво, що Ad Astra Rocket веде переговори про доставку VF-200-1 на станцію за допомогою приватного носія від SpaceX або Orbital Sciences).
VF-200-1 спробує піднімати орбіту станції, що регулярно “просідає” через слабкого гальмуванняу залишках атмосфери, що є навіть на 400-кілометровій висоті. VF-200-1 включатиметься на короткий час (кілька хвилин) епізодично. А оскільки потужність, яку він забирає з мережі, дуже велика, двигун повинен споживати енергію, накопичену в спеціальних акумуляторах, які, у свою чергу, під час пауз у роботі плазмового прискорювача потроху заряджатимуться від сонячних батарей МКС.
Якщо тест пройде успішно, такий спосіб підйому орбіти, можливо, і переведуть станцію. А це обіцяє солідну економію. Адже нинішній варіант підйому орбіти (за допомогою хімічних двигунів транспортних кораблів постачання) означає витрату 7,5 тонни пального на рік, тоді як VASIMR вимагатиме на ту ж мету 300 кілограмів аргону щорічно. Перспективи ж технології ще привабливіші.
На основі одного або декількох VF-200-1, вважає компанія, можна побудувати безпілотну вантажівку, яка буде переправляти великі вантажіз низькою навколоземної орбіти на навколомісячну. Живлення ці двигуни отримували б від сонячних батарей.
Для такого апарату, швидше за все, була б потрібна бортова атомна електростанція - сонячні панелі потрібної потужності вийшли б просто жахливо великими.
Про те, що електроракетні двигуни для далеких місій "просять" ядерне підживлення, фахівці говорять давно. Жодних важливих і нерозв'язних проблем у будівництві такого генератора сьогодні немає.
Ще не всі питання щодо тонкощів роботи самого VASIMR знято. Вченим належить підвищити повний ККД системи та знайти кращий спосібрятування від зайвого тепла, що розсіюється таким двигуном. Але в цілому технологія вже цілком підходить до етапу, коли виключно наземні експериментальні установки повинні породити модифікації, призначені для відправки на орбіту. Чан-Діаз та його колеги вважають, що комерційні версії двигунів типу VASIMR можуть з'явитися на ринку у 2014 році.
Людина вийшла в космос завдяки ракетним двигунам на рідкому та твердому паливі. Але ж вони й поставили під питання ефективність космічних польотів. Для того щоб порівняно невеликий хоча б "зачепився" за його встановлюють на вершині ракети-носія значних розмірів. А сама ракета, по суті, це цистерна, що літає, левова частка ваги якої відведена під паливо. Коли все воно витрачено до останньої краплі, на борту корабля залишається мізерний запас.
Щоб не впасти на Землю, періодично піднімає свою орбіту імпульсами Паливо для них – приблизно 7,5 тонни – кілька разів на рік доставляють автоматичні кораблі. Але на шляху до Марса такої дозаправки не передбачається. Чи не час розпрощатися зі застарілими схемами та звернути увагу на досконаліший іонний двигун?
Для того, щоб він запрацював, шалених кількостей палива не потрібно. Тільки газ та електрика. Електроенергія в космосі видобувається уловлюванням світлового випромінювання Сонця панелями сонячних батарей. Чим далі від світила, тим менша їхня потужність, тому доведеться скористатися ще й Газ надходить у первинну камеру згоряння, де він бомбардується електронами та іонізується. Холодну плазму, що вийшла, відправляють на розгорів, а потім - в магнітне сопло, на розгін. Іонний двигун викидає із себе розпечену плазму зі швидкостями, недоступними звичайним ракетним двигунам. І одержує необхідне прискорення.
Принцип роботи настільки простий, що можна зібрати демонстраційний іонний двигун своїми руками. Якщо електрод у формі вертушки попередньо збалансувавши, встановити на вістря голки і подати високу напругу, на гострих кінцях електрода з'явиться синє світіння, створюване електронами, що зриваються з них. Їхнє закінчення створить слабку реактивну силу, електрод почне обертатися.
На жаль, іонні двигуни мають настільки мізерну тягу, що не можуть відірвати космічний апарат від поверхні Місяця, не кажучи вже про наземний старт. Найбільш наочно це можна побачити, якщо порівняти два кораблі, що вирушають до Марса. Корабель з рідинними двигунами почне переліт після декількох хвилин інтенсивного розгону і витратить трохи менше часу на гальмування біля Червоної планети. Корабель з іонними двигунами буде розганятися два місяці по спіралі, що повільно розкручується, причому така ж операція чекає його в околицях Марса.
І все ж таки іонний двигун вже знайшов своє застосування: їм оснащено низку безпілотних космічних апаратів, відправлених у багаторічні розвідувальні місії до ближніх і далеких планет Сонячної системи, в пояс астероїдів.
Іонний двигун - та сама черепаха, яка обганяє швидконогого Ахілла. Витративши все паливо за лічені хвилини, рідинний двигунзамовкає назавжди і стає марним шматком заліза. А плазмові здатні працювати роками. Не виключено, що ними буде оснащено перший космічний апарат, який на досвітній швидкості вирушить до найближчої до Землі зірки. Передбачається, що переліт займе лише 15-20 років.
March 9th, 2013
Проблема переміщення у космосі постає перед людством з початку орбітальних польотів. Ракета злітаючи із землі витрачає практично все своє паливо, плюс заряди прискорювачів та сходів. І якщо ракету ще можна відірвати від землі, заправивши її величезною кількістю палива, на космодромі, то у відкритому космосі заправлятися ніде і нічим. Адже після виходу на орбіту треба рухатися далі. А палива нема.
І в цьому полягає основна проблема сучасної космонавтики. Викинути на орбіту корабель із запасом палива до місяця ще можна, під цю теорію будуються плани створити на місяць базу дозаправки «дальнобійних» космічних кораблівлітаючих наприклад на Марс. Але це все надто складно.
А розв'язання проблеми було створено дуже давно, ще 1955 року, коли Олексій Іванович Морозов опублікував статтю «Про прискорення плазми магнітним полем». У ньому він описував концепцію нового космічного двигуна.
Пристрій іонно-плазмового двигуна
Принцип дії плазмового двигунаполягає в тому, що робочим тілом виступає паливо, що не згорає, як в реактивних двигунах, а розігнаний магнітним полем до шалених швидкостей потік іонів.
Джерелом іонів служить газ, як правило це аргон або водень, бак з газом стоїть на початку двигуна, звідти газ подається у відсік іонізації, виходить холодна плазма, яка розігрівається в наступному відсіку за допомогою іонного циклотронного резонансного нагріву. Після нагрівання, високоенергетична плазма подається в магнітне сопло, де вона формується в потік за допомогою магнітного поля, розганяється і викидається в навколишнє середовище. Таким чином досягається потяг.
З того часу плазмові двигуни пройшли великий шлях і розділилися на кілька основних типів, це електротермічні двигуни, електростатичні двигуни, сильноточні або магнітодинамічні двигуни та імпульсні двигуни.
У свою чергу електростатичні двигуни поділяються на іонні та плазмові (прискорювачі частинок на квазінейтральній плазмі).
У цій статті ми напишемо про сучасні іонні двигунита їх перспективні розробки, оскільки на наш погляд саме за ними майбутнє космічного флоту.
Іонний двигун використовує як паливо ксенон або ртуть. Перший іонний двигун називався сітчастий електростатичний іонний двигун.
Принцип його дії такий:
В іонізатор подається ксенон, що сам собою нейтральний, але за бомбардуванні високоенергетичними електронами іонізується. Таким чином, у камері утворюється суміш з позитивних іонів і негативних електронів. Для «відфільтрування» електронів у камеру виводиться трубка з катодними сітками, яка притягує електрони.
Позитивні ж іони притягуються до системи вилучення, що складається з 2 або 3 сіток. Між сітками підтримується велика різницяелектростатичних потенціалів (+1090 вольт на внутрішній проти – 225 на зовнішній). Внаслідок попадання іонів між сітками вони розганяються і викидаються в простір, прискорюючи корабель, згідно з третім законом Ньютона.
Російські іонні двигуни. На всіх добре видно катодні трубки, спрямовані у бік сопла.
Електрони, спіймані в катодну трубку, викидаються з двигуна під невеликим кутом до сопла і потоку іонів. Це робиться з двох причин:
По-перше, щоб корпус корабля залишався нейтрально зарядженим, а по-друге, щоб іони «нейтралізовані» таким чином не притягувалися назад до корабля.
Щоб іонний двигун працював потрібні лише дві речі – газ та електрика. З першим все просто чудово, двигуну американського міжпланетного апарату Dawn, який стартував восени 2007-го, для польоту протягом майже 6 років потрібно всього 425 кілограмів ксенону. Для порівняння для коригування орбіти МКС за допомогою звичайних ракетних двигунів щороку витрачається 7,5 тонни пального.
Одне погано - іонні двигуни мають дуже невелику тягу, близько 50-100 мільйонів, що абсолютно недостатньо при переміщенні в атмосфері Землі. Але в космосі, де немає ніяких опорів, іонний двигун при тривалому розгоні може досягти значних швидкостей. Загальне збільшення швидкості за весь час місії Dawn складе близько 10 кілометрів на секунду.
Тест іонного двигуна для корабля Deep Space
Нещодавні випробування проведені американською компанією Ad Astra Rocket, проведені у вакуумній камері, показали, що їх новий магнітоплазмовий двигун зі змінним питомим імпульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200 може дати тягу вже у 5 ньютонів.
Друге питання – електрика. Той самий VX-200 споживає 201 кВт енергії. Сонячні батареїтакого двигуна просто мало. Отже, необхідно винаходити нові способи отримання енергії в космосі. Тут є два шляхи - батареї, що заправляються наприклад тритієві, що виводяться на орбіту разом з кораблем, або автономний атомний реактор, який і живитиме кораблю протягом усього польоту.
Ще в 2006 році Європейське космічне агентство (European Space Agency) та Австралійський національний університет (Australian National University) успішно провели випробування нового покоління космічних іонних двигунів, досягнувши рекордних показників.
Двигуни, у яких заряджені частинки прискорюються в електричному полі – давно відомі. Вони застосовуються для орієнтації, корекції орбіти на деяких супутниках і міжпланетних апаратах, а в ряді космічних проектів (як здійснених, так і тільки задуманих - читайте , і ) - навіть як маршеві.
З ними фахівці пов'язують подальше освоєння Сонячної системи. І хоча всі різновиди так званих електроракетних двигунів сильно поступаються хімічним у максимальній тязі (грами проти кілограмів і тонн), зате кардинально перевершують їх в економічності (витраті палива на кожний грам тяги за секунду). А ця економічність (питомий імпульс) прямо пропорційно залежить від швидкості реактивного струменя, що викидається.
Так ось, у досвідченому двигуні, названому «Двоступеневий з чотирма ґратами» (Dual-Stage 4-Grid - DS4G), побудованому за контрактом ESA в Австралії, швидкість досягла рекордних 210 кілометрів в секунду.
Це, наприклад, разів у 60 вище, ніж швидкість вихлопу у хороших хімічних двигунів, й у 4-10 разів більше, ніж в колишніх «іонників».
Як ясно з назви розробки, така швидкість досягнута двоступінчастим процесом розгону іонів за допомогою чотирьох послідовних ґрат (замість традиційних однієї стадії та трьох ґрат), а також високою напругою- 30 кіловольт. Крім того, розбіжність вихідного реактивного пучка становила лише 3 градуси, проти приблизно 15 градусів - у колишніх систем.
А ось інформація останніх днів.
Іонний двигун (ІД) працює просто: газ з бака (ксенон, аргон та ін.) іонізується та розганяється електростатичним полем. Оскільки маса іона мала, а заряд може отримати значний, іони вилітають з двигуна зі швидкостями до 210 км/с. Хімічні двигуни можуть досягти ... ні, ні чогось подібного, а лише в двадцять разів меншої швидкості закінчення продуктів згоряння лише у виняткових випадках. Відповідно, витрата газу в порівнянні з витратою хімічного палива вкрай мала.
Саме тому на ІД повністю або частково працювали і працюють такі «дальнобійні» зонди, як Hayabusa, Deep Space One та Dawn. І якщо ви збираєтеся не просто за інерцією летіти до далеких небесних тіл, а й активно маневрувати біля них, то без таких двигунів не обійтись.
У 2014 році іонні двигуни справляють піввіковий ювілей у космосі. Весь цей час проблему ерозії не вдалося вирішити навіть у першому наближенні. (Тут і нижче іл. NASA, Wikimedia Commons.)
Як і все хороше, ВД любить, щоб його їли: на один ньютон тяги потрібно до 25 кВт енергії. Уявимо, що нам доручили запустити 100-тонний космічний корабель до Плутона (ви пробачте нам за мрійливість!). В ідеалі навіть для Юпітера нам знадобиться 1 000 ньютонів тяги і 10 місяців, а до Нептуна на тій самій тязі - півтора роки. Загалом, давайте про Плутони все-таки не будемо, бо сумно якось…
Ну а щоб отримати ці поки що умоглядні 1 000 ньютонів, нам знадобиться 25 мегават. В принципі, нічого технічно неможливого – 100-тонний корабель міг би прийняти атомний реактор. До речі, наразі НАСА та Міністерство енергетики США працюють над проектом Fission Surface Power. Щоправда, йдеться про бази на Місяці та Марсі, а не про кораблі. Але маса реактора не така висока - всього п'ять тонн, при розмірах в 3×3×7 м…
Ну гаразд, помріяли і вистачить, скажете ви, і одразу згадаєте частівку, нібито вигадану Львом Толстим під час Кримської війни. Врешті-решт такий великий потік іонів, що проходить через двигун (а це ключова перешкода), викличе його ерозію, і значно швидше, ніж за десять місяців або півтора роки. Причому це не проблема вибору конструкційного матеріалу – благо руйнуватися в таких умовах будуть і титан, і алмаз, а невід'ємна частина конструкції іонного двигуна per se.
Підготовлено за матеріалами Gizmag. та http://lab-37.com
А ви в курсі що в Росії активували наприклад про те, що скоро може з'явитися Оригінал статті знаходиться на сайті ІнфоГлаз.рфПосилання на статтю, з якою зроблено цю копію -
Космічні двигуни майбутнього
Створення іонного двигуна
Ми продовжуємо розповідати про види двигунів.
Проблема переміщення у космосі постає перед людством з початку орбітальних польотів. Ракета злітаючи із землі витрачає практично все своє паливо, плюс заряди прискорювачів та сходів. І якщо ракету ще можна відірвати від землі, заправивши її величезною кількістю палива, на космодромі, то у відкритому космосі заправлятися ніде і нічим. Адже після виходу на орбіту треба рухатися далі. А палива нема.
І в цьому полягає основна проблема сучасної космонавтики. Викинути на орбіту корабель із запасом палива до місяця ще можна, під цю теорію будуються плани створити на місяці базу дозаправки «дальнобійних» космічних кораблів, які, наприклад, летять на Марс. Але це все надто складно.
А розв'язання проблеми було створено дуже давно, ще 1955 року, коли Олексій Іванович Морозов опублікував статтю «Про прискорення плазми магнітним полем». У ньому він описував концепцію нового космічного двигуна.
Пристрій іонно-плазмового двигуна
Принцип дії плазмового двигунаполягає в тому, що робочим тілом виступає не паливо, що згоряє, як в , а розігнаний магнітним полем до шалених швидкостей потік іонів.
Джерелом іонів служить газ, як правило це аргон або водень, бак з газом стоїть на початку двигуна, звідти газ подається у відсік іонізації, виходить холодна плазма, яка розігрівається в наступному відсіку за допомогою іонного циклотронного резонансного нагріву. Після нагрівання високоенергетична плазма подається в магнітне сопло, де вона формується в потік за допомогою магнітного поля, розганяється і викидається в навколишнє середовище. Таким чином досягається потяг.
З того часу плазмові двигуни пройшли великий шлях і розділилися на кілька основних типів, це електротермічні двигуни, електростатичні двигуни, сильноточні або магнітодинамічні двигуни та імпульсні двигуни.
У свою чергу електростатичні двигуни поділяються на іонні та плазмові (прискорювачі частинок на квазінейтральній плазмі).
У цій статті ми напишемо про сучасні іонні двигунита їх перспективні розробки, оскільки, на наш погляд, саме за ними майбутнє космічного флоту.
Іонний двигун використовує як паливо ксенон або ртуть. Перший іонний двигун називався сітчастий електростатичний іонний двигун.
Принцип його дії такий:
В іонізатор подається ксенон, що сам собою нейтральний, але за бомбардуванні високоенергетичними електронами іонізується. Таким чином, у камері утворюється суміш з позитивних іонів і негативних електронів. Для «відфільтрування» електронів у камеру виводиться трубка з катодними сітками, яка притягує електрони.
Позитивні ж іони притягуються до системи вилучення, що складається з 2 або 3 сіток. Між сітками підтримується велика різниця електростатичних потенціалів (+1090 вольт на внутрішній проти – 225 на зовнішній). Внаслідок попадання іонів між сітками вони розганяються і викидаються в простір, прискорюючи корабель, згідно з третім законом Ньютона.
Російські іонні двигуни. На всіх добре видно катодні трубки, спрямовані у бік сопла.
Електрони, спіймані в катодну трубку, викидаються з двигуна під невеликим кутом до сопла і потоку іонів. Це робиться з двох причин:
По-перше, щоб корпус корабля залишався нейтрально зарядженим, а по-друге, щоб іони «нейтралізовані» таким чином не притягувалися назад до корабля.
Щоб іонний двигун працював потрібні лише дві речі – газ та електрика. З першим все просто чудово, двигуну американського міжпланетного апарату Dawn, який стартував восени 2007-го, для польоту протягом майже 6 років потрібно всього 425 кілограмів ксенону. Для порівняння для коригування орбіти МКС за допомогою звичайних ракетних двигунів щороку витрачається 7,5 тонни пального.
Одне погано - іонні двигуни мають дуже невелику тягу, близько 50-100 мільйонів, що абсолютно недостатньо при переміщенні в атмосфері Землі. Але в космосі, де немає ніяких опорів, іонний двигун при тривалому розгоні може досягти значних швидкостей. Загальне збільшення швидкості за весь час місії Dawn складе близько 10 кілометрів на секунду.
Тест іонного двигуна для корабля Deep Space
Нещодавні випробування, проведені американською компанією Ad Astra Rocket, проведені у вакуумній камері, показали, що їх новий Магнітоплазмовий двигун із змінним питомим імпульсом” (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) VASIMR VX-200 може дати тягу вже у 5 ньютонів.
Друге питання – електрика. Той самий VX-200 споживає 201 кВт енергії. Сонячних батарей такого двигуна просто мало. Отже, необхідно винаходити нові способи отримання енергії в космосі. Тут є два шляхи - батареї, що заправляються наприклад тритієві, що виводяться на орбіту разом з кораблем, або автономний атомний реактор, який і живитиме кораблю протягом усього польоту.
У другому випадку, в умовах космосу та його низьких температурбільш цікаво виглядає проект корабля з термоядерним реактором на борту, але поки що НАСА розробляє тільки ядерний реактор.
Ці дослідження відбуваються у рамках проекту Prometheus. У планах НАСА запустити в сонячну систему ядерний зонд, оснащений потужними іонними двигунами, які живляться від бортового ядерного реактора.
Насамкінець відео випробувань іонного двигуна VX-200
Європейське космічне агентство провело випробування прямоточного іонного двигуна, який використовує як робоче тіло повітря з навколишньої атмосфери. Передбачається, що невеликі супутники з таким двигуном зможуть практично необмежено перебувати на орбітах з висотою 200 кілометрів або менше, повідомляється в прес-релізі агентства.
Принцип роботи іонних двигунів ґрунтується на іонізації частинок газу та їх розгоні за допомогою електростатичного поля. Частинки газу в таких двигунах розганяються до значно великих швидкостей, ніж у хімічних двигунах, через що іонні двигуни мають набагато більший питомий імпульс і витрачають менше палива. Але іонні двигуни мають і важливий недолік- Вкрай мала тяга, порівняно з хімічними двигунами. Через це вони рідко застосовуються практично, переважно на невеликих апаратах. Наприклад, такі двигуни використовуються на зонді Dawn, зараз на орбіті карликової планети Церера, і будуть використовуватися в місії BepiColombo, яка має вирушити до Меркурія наприкінці 2018 року.
Як і в хімічних двигунах, у іонних двигунах, що використовуються зараз, застосовується запас палива, як правило, ксенону. Але існує і концепція прямоточних іонних двигунів, яка, щоправда, поки не застосовувалася на апаратах, що літали в космос. Її відмінність полягає в тому, що як робоче тіло пропонується використовувати не кінцевий запас газу, що завантажується в бак перед запуском, а повітря з атмосфери Землі або іншого атмосферного тіла.
Схема роботи двигуна
ESA-A. Di Giacomo
Передбачається, що відносно невеликий апарат з таким двигуном зможе практично необмежено перебувати на низьких орбітах з висотою приблизно від 150 кілометрів, компенсуючи атмосферне гальмування тягою двигуна, що працює на повітрі, що поступає в нього з атмосфери. У 2009 році ESA запустило супутник GOCE, який зміг за рахунок постійно включеного іонного двигуна із запасом ксенону пробути на 255-кілометровій орбіті майже п'ять років. Після цього агентство зайнялося розробкою прямоточного іонного двигуна для аналогічних низькоорбітальних супутників і тепер провело перші випробування такого двигуна.
Випробування проходили у вакуумній камері, де розташовувався двигун. Спочатку до нього подавали прискорений ксенон. Після цього газозабірний пристрій почали додавати суміш кисню з азотом, що імітує атмосферу на висоті 200 кілометрів. Наприкінці випробувань інженери провели тести з виключно повітряною сумішшюдля перевірки працездатності переважно режимі.
Випробування двигуна з повітрям як паливо
Прямоточний іонний двигун
