Іонний двигун
|
|
Іонний двигун — різновид електричного ракетного двигуна. Його робочим тілом є іонізований газ (ксенон, цезій...).
[ред.] Принцип дії
Принцип роботи двигуна полягає в іонізації газу і його розгоні електростатичним полем. При цьому, завдяки високому відношенню заряду до маси, стає можливим розігнати іони до дуже високих швидкостей (вище 210 км/с у порівнянні з 3-4,5 км/с у хімічних ракетних двигунів). Таким чином, в іонному двигуні можна досягти дуже великого питомого імпульсу. Це дозволяє значно зменшити витрати реактивної маси іонізованого газу в порівнянні з витратою реактивної маси в хімічних ракетах, але вимагає великих витрат енергії. Недолік двигуна в його нинішніх реалізаціях - дуже слабка тяга (порядку десятих часток ньютона). Таким чином, немає можливості використовувати іонний двигун для старту з планети, але, з іншого боку, у відкритому космосі, при досить довгій роботі двигуна є можливість розігнати космічний апарат до швидкостей, недоступних зараз ніяким іншим з існуючих видів двигунів.
В існуючих реалізаціях для підтримки роботи двигуна використовуються сонячні батареї. Але для роботи в далекому космосі такий спосіб неприйнятний. Тому вже зараз для цих цілей іноді використовуються ядерні установки.
[ред.] Історія
Принцип іонного двигуна досить давно відомий і широко представлений у фантастичній літературі, комп’ютерних іграх і кінематографі, але для космонавтики став доступний тільки останнім часом. У 1960 році був побудований перший функціонуючий широко-променевий (broad-beam) іонний електростатичний двигун (створений в США в NASA Lewis Research Center). У 1964 році — перша успішна суборбітальна демонстрація іонного двигуна (SERT I), тест на здійснимість нейтралізації іонного променя в космосі.
У 1970 році — випробування на тривалу роботу ртутних іонних електростатичних двигунів в космосі (SERT II). З 1970-х років іонні двигуни на ефекті Холла використовувалися в СРСР як навігаційні двигуни (двигуни SPT-60 використовувалися в 1970-х роках на «Метеорах», SPT-70 на супутниках «Космос» і «Промінь» у 1980-х, SPT-100 в ряді супутників в 1990-х).
В якості основного (маршового) двигуна іонний двигун був вперше застосований на космічному апараті Deep Space 1 (перший запуск двигуна 10 листопада 1998). Наступними апаратами стали європейський місячний зонд Смарт-1, запущений 28 вересня 2003, і японський апарат Хаябуса, запущений до астероїда в травні 2003.
Наступним апаратом NASA, який мав маршовий іонний двигун, став (після ряду заморожувань і відновлення робіт) АМС Dawn, який стартував 27 вересня 2007 року. Dawn призначається для вивчення Вести і Церери, і несе три двигуни NSTAR, успішно випробуваних на Deep Space 1.
Європейське космічне агентство встановило іонний двигун на борту супутника GOCE, запущеного 17 березня 2009 на над-низьку навколоземну орбіту висотою всього близько 260 км. Іонний двигун створює в постійному режимі імпульс, компенсуючи атмосферне тертя та інші негравітаціонні впливи на супутник.
ЄКА планує використовувати іонний двигун в меркуріанській місії BepiColombo. Він базуватиметься на двигуні, заснованому на Смарт-1, але стане більш потужним (запуск намічений на 2011-2012).
NASA веде проект «Прометей», для якого розробляється потужний іонний двигун, що живиться електрикою від бортового ядерного реактора. Передбачається, що такі двигуни в кількості восьми штук зможуть розігнати апарат до 90 км / с. Перший апарат цього проекту Jupiter Icy Moons Explorer планувалося відправити до Юпітера в 2017 році, проте розробка цього апарату була припинена в 2005 році через технічні труднощі. В наш час[Коли?] йде пошук більш простого проекту АМС для першого випробування за програмою «Прометей».
