Ионные двигатели виды ионных двигателей

Ионные двигатели виды ионных двигателей

Кос­ми­че­ские дви­га­тели будущего
Созда­ние ион­ного двигателя

Мы про­до­ожаем рас­ска­зы­вать про виды дви­га­те­лей.

Про­блема пере­ме­ще­ния в кос­мосе стоит перед чело­ве­че­ством с момента начала орби­таль­ных поле­тов. Ракета взле­тая с земли рас­хо­дует прак­ти­че­ски все свое топ­ливо, плюс заряды уско­ри­те­лей и сту­пе­ней. И если ракету еще можно ото­рвать от земли, запра­вив её огром­ным коли­че­ством топ­лива, на кос­мо­дроме, то в откры­том кос­мосе заправ­ляться попро­сту негде и нечем. А ведь после выхода на орбиту нужно дви­гаться дальше. А топ­лива нет.

И в этом то и состоит основ­ная про­блема совре­мен­ной кос­мо­нав­тики. Выбро­сить на орбиту корабль с запа­сом топ­лива до луны еще можно, под эту тео­рию стро­ятся планы создать на луне базу доза­правки «даль­но­бой­ных» кос­ми­че­ских кораб­лей, летя­щих напри­мер на  Марс. Но это все слиш­ком сложно.

А реше­ние про­блемы было создано очень давно, еще в 1955 году, когда Алек­сей Ива­но­вич Моро­зов опуб­ли­ко­вал ста­тью «Об уско­ре­нии плазмы маг­нит­ным полем». В ней он опи­сы­вал кон­цеп­цию прин­ци­пи­ально нового кос­ми­че­ского двигателя.

Устрой­ство ионно плаз­мен­ного двигателя

Прин­цип дей­ствия плаз­мен­ного дви­га­теля состоит в том, что рабо­чим телом высту­пает не сго­ра­ю­щее топ­ливо, как в реак­тив­ных дви­га­те­лях, а разо­гнан­ный маг­нит­ным полем до безум­ных ско­ро­стей поток ионов.

Источ­ни­ком ионов слу­жит газ, как пра­вило это аргон или водо­род, бак с газом стоит в самом начале дви­га­теля, оттуда газ пода­ется в отсек иони­за­ции, полу­ча­ется холод­ная плазма, кото­рая разо­гре­ва­ется в сле­ду­ю­щем отсеке посред­ством ион­ного цик­ло­трон­ного резо­нанс­ного нагрева. После нагрева, высо­ко­энер­ге­ти­че­ская плазма пода­ется в маг­нит­ное сопло, где она фор­ми­ру­ется в поток посред­ством маг­нит­ного поля, раз­го­ня­ется и выбра­сы­ва­ется в окру­жа­ю­щую среду. Таки обра­зом дости­га­ется тяга.

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

В свою оче­редь элек­тро­ста­ти­че­ские дви­га­тели делятся на ион­ные и плаз­мен­ные (уско­ри­тели частиц на ква­зи­ней­траль­ной плазме).

В дан­ной ста­тье мы напи­шем про совре­мен­ные ион­ные дви­га­тели и их пер­спек­тив­ные раз­ра­ботки, так как на наш взгляд именно за ними буду­щее кос­ми­че­ского флота.

Ион­ный дви­га­тель исполь­зует в каче­стве топ­лива ксе­нон или ртуть. Пер­вый ион­ный дви­га­тель назы­вался сет­ча­тый элек­тро­ста­ти­че­ский ион­ный двигатель.

Прин­цип его дей­ствия таков:
Ионные двигатели виды ионных двигателей

В иони­за­тор пода­ется ксе­нон, кото­рый сам по себе ней­тра­лен, но при бом­бар­ди­ро­ва­нии высо­ко­энер­ге­ти­че­скими элек­тро­нами иони­зи­ру­ется. Таким обра­зом в камере обра­зу­ется смесь из поло­жи­тель­ных ионов и отри­ца­тель­ных элек­тро­нов. Для «отфиль­тро­вы­ва­ния» элек­тро­нов в камеру выво­дится трубка с катод­ными сет­ками, кото­рая при­тя­ги­вает к себе электроны.

Поло­жи­тель­ные же ионы при­тя­ги­ва­ются к системе извле­че­ния, состо­я­щей из 2 или 3 сеток. Между сет­ками под­дер­жи­ва­ется боль­шая раз­ница элек­тро­ста­ти­че­ских потен­ци­а­лов (+1090 вольт на внут­рен­ней про­тив – 225 на внеш­ней).  В резуль­тате попа­да­ния ионов между сет­ками, они раз­го­ня­ются и выбра­сы­ва­ются в про­стран­ство, уско­ряя корабль, согласно тре­тьему закону Ньютона.

Источник: //lab-37.com/futures/ion_engines/