Rekord ko'rsatkichlarga ega ulkan elektr raketa dvigateli nominal yukidan oshib ketgan yuk ostida yer sinovidan o'tdi. Yangi kelgan munosib tortishni samaradorlik bilan birlashtiradi. Bu esa kosmik industriyani rivojlantirishning yangi bosqichiga umid qilish imkonini beradi.
Ion dvigateli bizga ilmiy-fantastik romanlardan yaxshi ma'lum. Uning ishlash printsipi gazning ionlanishi va uning elektrostatik maydon tomonidan tezlashishi hisoblanadi. Ionlar kimyoviy yoqilg'iga qaraganda ancha kam kuch beradi, shuning uchun bunday dvigatel raketaga hatto birinchi kosmik tezlikni ham bera olmaydi. Ammo agar siz uni kosmosga uchirsangiz, u tom ma'noda yillar davomida ishlay oladi va kemani misli ko'rilmagan tezlikka tezlashtiradi.
Ba'zilarida kosmik missiyalar Bunday dvigatellar allaqachon, jumladan, Yaponiyaning Hayabusa kosmik kemasida (2005 yil, Itokava asteroidiga parvoz), shuningdek, 2007 yil sentyabr oyida Vesta va Ceres asteroidlariga uchirilgan Amerikaning Dawn kosmik kemasida allaqachon ishlatilgan.
Lekin yangi model VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) deb nomlangan dvigatel argon ionlarini tezlashtirish jarayonida standart metall panjaralardan emas, balki jismoniy kuchga kirmaydigan radiochastota generatoridan foydalanish tufayli oldingi ionli dvigatellarga qaraganda yuzlab marta kuchliroq bo'ladi. panjara kabi gaz bilan aloqa qilish.
Ad Astra Rocket kompaniyasi hozirgi kunga qadar eng kuchli plazma raketa dvigatelini sinovdan o'tkazdi. VASIMR VX-200 (biz yaqinda gaplashganimiz) vakuum kamerasida 201 kVt quvvatda ishladi va birinchi marta 200 kVt quvvatni buzdi. Sinov, shuningdek, VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) kichik o'lchamli prototipi to'liq quvvatda ishlashga qodir ekanligini tasdiqladi. Sobiq astronavt va Ad Astra bosh direktori Franklin Chang-Diaz: "Bu bugungi kunda dunyodagi eng kuchli plazma raketasidir".
Kompaniya NASA bilan 2013-yilda Xalqaro kosmik stansiyada (XKS) dvigatelning ishlashini sinovdan o‘tkazish bo‘yicha shartnoma tuzdi. U atmosfera bilan o'zaro ta'sir tufayli doimiy ravishda pasayib borayotgan stansiyaga davriy "tutqichlarni" beradi. Hozirgi vaqtda bunday operatsiyalar yiliga 7,5 tonnaga yaqin raketa yoqilg'isini iste'mol qiladigan kemalarning kam quvvatli dvigatellari tomonidan amalga oshiriladi. Cheng-Diaz bu miqdorni 0,3 tonnagacha kamaytirish orqali VASIMR har yili NASA millionlab pullarini tejaydi.
Ammo Ad Astra yanada ulkan rejalarga ega. Masalan, Marsga yuqori tezlikda missiyalar. VASIMR ning 10 MVt yoki 20 MVt quvvatga ega modifikatsiyasi odamlarni qizil sayyoraga 39 kun ichida yetkazib bera oladi, oddiy raketalarga esa olti oy kerak bo‘ladi, agar ko‘p bo‘lmasa. Safar qanchalik qisqa bo'lsa, kosmonavtlar shunchalik kam kosmik nurlanishga duchor bo'ladi, bu esa sezilarli to'siqdir.
Innovatsion dvigatel, shuningdek, robotlashtirilgan missiyalarda katta yuklarni tashish uchun moslashtirilishi mumkin, garchi parvoz tezligi pasayadi. Cheng-Diaz VASIMR kontseptsiyasini 1979 yildan beri, 2005 yilda biznesni tashkil etishdan ancha oldin ishlab chiqish ustida ishlamoqda. Texnologiya yuqori haroratli plazma hosil qilish uchun gazlarni (vodorod, argon, neon) isitish uchun radioto'lqinlardan foydalanishni o'z ichiga oladi. Magnit maydonlar uni dvigateldan itarib yuboradi, bu esa reaktiv zarbani hosil qiladi. Uni doimiy ravishda oshirish jarayoni natijasida erishiladigan yuqori tezlik natijasida an'anaviy dvigatellarga qaraganda ancha kam yoqilg'i talab qilinadi. Bundan tashqari, VASIMR dizayni elektrodlar va plazma o'rtasida jismoniy aloqaga ega emas, bu esa uzoqroq xizmat qilish muddatini anglatadi.
VASIMR sinov kamerasida qanday ishlashini ushbu videoda ko'rishingiz mumkin. To'g'ri, bu eski sinovga ishora qiladi, uning davomida qurilma atigi 179 kilovatt iste'mol qilgan. Ulardan plazma hosil qilish uchun dvigatelning birinchi qismida 30 kVt, ikkinchi kamerada uni isitish va tezlashtirish uchun 149 kVt sarflangan.
2007 yilning kuzida uchirilgan Amerika sayyoralararo Dawn kosmik kemasini esga olish kerak (u o'zining birinchi maqsadi Vesta 2011 yilda yetib boradi). Asteroid kamariga qarab tezlashish uchun Dawn uchta ionli dvigateldan foydalanadi, ularning har biri maksimal 90 millinyuton kuchga ega.
"Bu daftardagi bitta qog'ozning og'irligi bilan bir xil", deb tushuntiradi NASA majoziy ma'noda. Gap nimada? Gap shundaki, "ionli dvigatellar" kimyoviy raketa dvigatellariga qaraganda 10 baravar samaraliroq. Xususan, Dawndagi qurilmalarning o'ziga xos impulsi 3100 soniyani tashkil qiladi.
Shuning uchun 425 kilogramm ishchi suyuqlik (ksenon) 2100 kun davomida ishlashlari uchun etarli bo'ladi. Shafaqning tezlashishi ko'zga ko'rinmasa-da, butun missiya davomida umumiy tezlikning o'sishi sekundiga 10 kilometrni tashkil qiladi.
Va qurilmaning o'zi nisbatan engil bo'lib chiqdi (bir tonna va chorak). Shuning uchun uni Yerdan uchirish uchun kimyoviy dvigatellar asosida qurilgan gipotetik asteroid tadqiqotchisini orbitaga ko'tarish uchun zarur bo'lgan narsaga nisbatan kichikroq sinf raketasi (Delta II) kerak edi va shuning uchun arzonroq edi.
VX-200 o'rnatishning o'ziga xos impulsi taxminan 5000 soniyani tashkil qiladi. Umuman olganda, u o'zgarishi mumkin, bu qurilma nomida aks etadi. Kattaroq samaradorlikni past bosim bilan, kamroq - maksimal kuch bilan olish mumkin.
Shunday qilib, siz kosmik kemaning missiyasining maqsadlariga qarab harakatlantiruvchi dvigatelning ishlash rejimini o'zgartirishingiz mumkin. Biror joyda siz ko'proq ishlaydigan suyuqlikni sarflashingiz mumkin, lekin parvoz vaqtini qisqartirishingiz mumkin; bir joyda, aksincha, vazifani bajarishingiz mumkin. uzoqroq muddat, lekin minimal yonilg'i iste'moli va shuning uchun qurilmaning minimal og'irligi bilan.
Shuni ta'kidlash kerakki, VASIMR kosmosda kuch yaratish uchun qandaydir oraliq variant ekanligini da'vo qiladi. Kimyoviy tezlatgichlar (kuchli, ammo ochko'z) va juda miniatyurali elektr raketa dvigatellari o'rtasidagi oraliq, ularning samaradorligi hatto VX-200 dan ancha yuqori bo'lishi mumkin, ammo tortishish grammning atigi bir qismini tashkil qiladi.
VASIMR umuman elektroraketa dvigatellari sohasidagi raqobatchilardan yana bir ustunlikka ega: unda plazma qurilma qismlari bilan istalgan nuqtada aloqa qilmaydi, faqat maydonlar bilan aloqa qiladi.
Bu shuni anglatadiki, Ad Astra qurilmasi ko'p oylar va hatto yillar davomida dizayni degradatsiyasiz ishlay oladi - kosmik kemalarni quyosh tizimining chuqurligiga yo'lda tezlashtirish yoki sun'iy yo'ldoshlar orbitasini tuzatish uchun nima kerak. Klassik ionli raketa dvigatellarida og'riqli nuqta bor - elektrod panjaralarining eroziyasi. VASIMRda ular yo'q.
Ad Astra Rocket bir qator loyihalarda VASIMR dan foydalanish bo'yicha keng rejalarga ega. Shunday qilib, 2013-yilda Amerika kosmik agentligi bilan tuzilgan kelishuvga ko‘ra, VX-200 ning VF-200-1 deb nomlangan parvoz versiyasi XKSda sinovdan o‘tkazilishi kerak. Hozirda ishlab chiqilayotgan qurilma VX-200 ning umumiy dizayni asosida ishlab chiqiladi, lekin har biri 100 kilovatt quvvatga ega ikkita deyarli parallel dvigateldan iborat bo‘ladi.
(Qizig‘i shundaki, Ad Astra Rocket VF-200-1 ni SpaceX yoki Orbital Sciences kompaniyasining shaxsiy raketasi yordamida stansiyaga yetkazish bo‘yicha muzokaralar olib bormoqda).
VF-200-1 400 kilometr balandlikda ham mavjud bo'lgan atmosfera qoldiqlarida zaif tormozlanish tufayli muntazam ravishda "chayqaladigan" stansiya orbitasini ko'tarishga harakat qiladi. VF-200-1 qisqa vaqt ichida (bir necha daqiqa) vaqti-vaqti bilan yoqiladi. Va tarmoqdan oladigan quvvat juda katta bo'lgani uchun, dvigatel maxsus batareyalarda saqlanadigan energiyani iste'mol qilishi kerak, bu esa, o'z navbatida, plazma tezlatgichining ishlashidagi pauzalarda ISS quyosh panellaridan asta-sekin qayta zaryadlanadi.
Sinov muvaffaqiyatli bo'lsa, stansiya orbitani ko'tarishning ushbu usuliga o'tkazilishi mumkin. Va bu sezilarli tejashni va'da qiladi. Axir, orbitani ko'tarishning hozirgi varianti (transport ta'minoti kemalarining kimyoviy dvigatellari yordamida) yiliga 7,5 tonna yoqilg'i iste'mol qilishni anglatadi, VASIMR esa har yili xuddi shu maqsadda 300 kilogramm argon talab qiladi. Texnologiyaning istiqbollari yanada jozibali.
Bir yoki bir nechta VF-200-1 asosida, kompaniyaning fikricha, past Yer orbitasidan Oy orbitasiga katta yuklarni tashiydigan uchuvchisiz yuk mashinasini qurish mumkin. Bu dvigatellar quyosh panellaridan quvvat oladi.
Bunday qurilma, ehtimol, bortdagi atom elektr stantsiyasini talab qiladi - kerakli quvvatga ega quyosh panellari shunchaki dahshatli darajada katta bo'ladi.
Mutaxassislar uzoq vaqtdan beri uzoq masofali missiyalar uchun elektr raketa dvigatellari yadro energiyasini "so'rashini" aytishadi. Hozirgi vaqtda bunday generatorni qurishda fundamental yoki erimaydigan qiyinchiliklar mavjud emas.
VASIMR ning o'zi ishlashining nozik tomonlari bilan bog'liq barcha savollar hal etilmagan. Olimlar tizimning umumiy samaradorligini oshirishlari va topishlari kerak Eng yaxshi yo'l bunday vosita tomonidan tarqalgan ortiqcha issiqlikdan qutulish. Ammo umuman olganda, texnologiya faqat yerga asoslangan eksperimental qurilmalar orbitaga jo'natish uchun mo'ljallangan modifikatsiyalarni keltirib chiqarishi kerak bo'lgan bosqichga yaqinlashmoqda. Chan-Diaz va uning hamkasblari VASIMR dvigatellarining tijorat versiyalari 2014-yilda bozorga chiqishi mumkinligiga ishonishadi.
Ishning maqsadi: ion dvigatelining tarixini o'rganish, uni yaqin kelajakda qo'llash istiqbollarini ko'rib chiqish va undan foydalanish bilan bog'liq hisob-kitoblarni amalga oshirish.
Ishni bajarishda quyidagi vazifalar qo'yildi:
ion dvigatellari bo'yicha adabiyotlarni topish, o'rganish va tahlil qilish
ionli dvigatellarning yaratilish tarixi, qo‘llanilishi va ishlash tamoyillari bo‘yicha qisqacha kirish kursini yaratish
Amalga oshirilgan kosmik parvozlar natijalarini tahlil qilib, men modellashtirgan parvoz haqida kerakli ma'lumotlarni olish uchun hisob-kitoblarimni bajaring.
xulosalar chiqarish
Gipoteza ilgari surildi: ion dvigateli an'anaviy raketa dvigatellariga nisbatan sezilarli afzalliklarga ega, bu esa undan foydalanishni istiqbolli qiladi.
Ishda quyidagi tadqiqot usullaridan foydalanilgan:
tahlil
sintez
modellashtirish
o'lchov
Tadqiqot ob'ekti: Ion dvigateli
Mavzuning dolzarbligi:
Inson o'zidan tobora uzoqroq bo'lgan narsalarni ko'rishga va ularga kirishga harakat qiladi.kosmik joylar. Va insoniyatning ushbu sohada muvaffaqiyatli rivojlanishi uchun,yordamida kosmik kemalarni doimiy ravishda takomillashtirish zaruryoqilg'i sarfini optimallashtirish, oshirish imkonini beruvchi yangi texnologiyalarquvvati va boshqalar. Ion dvigateli tufayli juda foydalikam yonilg'i sarfi, bu kelajakda uni almashtirishi mumkinligini anglatadian'anaviy dvigatellar va insonga koinotni yanada tadqiq qilishda yordam beradi.
Gipoteza: Ion qo'zg'alishning sezilarli afzalliklari borundan foydalanadigan an'anaviy raketa dvigatellariistiqbolli.
Ta'rif
Ionli dvigatel - elektr raketa dvigatelining turi, printsipiga asoslangan reaktiv zarbani yaratishga asoslangan ishgacha tezlashgan ionlangan gaz yuqori tezliklar elektrdamaydon.
Ish printsipi
Dvigatelning ishlash printsipi gazni ionlashtirish va tezlashtirishdirelektrostatik maydon. Bundan tashqari, yuqori zaryad nisbati tufaylimassaga, ionlarni juda yuqori tezlikka tezlashtirish mumkin bo'ladi. Shunday qilib, ionli dvigatelda juda yuqori o'ziga xos impulsga erishish mumkin, bu ionlashtirilgan gazning reaktiv massasini iste'mol qilishni sezilarli darajada kamaytirishga imkon beradi, lekin katta miqdorda energiya talab qiladi.Ksenon ionizatorga beriladi, bu o'z-o'zidan neytral, lekin qachonyuqori energiyali elektronlar tomonidan bombardimon qilinadi ionlashadi. Shunday qilibShunday qilib, kamerada musbat ionlar va manfiy ionlar aralashmasi hosil bo'ladielektronlar. Elektronlarni "filtrlash" uchun kameraga trubka kiritiladielektronlarni tortadigan katodli panjaralar bilan.dan iborat bo'lgan ekstraksiya tizimiga ijobiy ionlar tortiladi2 yoki 3 panjara. To'rlar o'rtasida katta farqlar saqlanib qoladielektrostatik potentsiallar (ichki bo'yicha +1090 volt - 225 da).tashqi). To'rlar orasiga ionlar tushishi natijasida ular tezlashadi vauchinchi qonunga ko'ra, kemani tezlashtirib, kosmosga tashlanadiNyuton.Katod trubkasida ushlangan elektronlar dvigatel ostidan chiqariladinozul va ion oqimiga kichik burchak. Bu ionlar bo'lishi uchun amalga oshiriladiShunday qilib, "zararsizlanganlar" kemaga qaytarilmadi.
Hikoya
Ion dvigatelining printsipi ancha vaqtdan beri ma'lum bo'lib, ilmiy-fantastik adabiyotlarda, kompyuter o'yinlarida va kinoda keng tarqalgan, ammo u kosmonavtika uchun yaqinda mavjud bo'ldi. 1960 yilda birinchi ishlaydigan keng nurli ionli elektrostatik dvigatel qurilgan (AQShda NASA Lyuis tadqiqot markazida yaratilgan). 1964 yilda ion qo'zg'alishning birinchi muvaffaqiyatli suborbital namoyishi (SERT I), kosmosda ion nurini zararsizlantirishning maqsadga muvofiqligi sinovi. 1970 yilda - sinov uzoq ish Kosmosdagi simob ionli elektrostatik itaruvchilar (SERT II). 1970-yillardan boshlab Hall effektli ionli dvigatellar SSSRda navigatsiya dvigatellari sifatida qoʻllanila boshlandi (SPT-60 dvigatellari 1970-yillarda Meteorlarda, SPT-70 1980-yillarda Kosmos va Luch sunʼiy yoʻldoshlarida, SPT-100 bir qator qurilmalarda ishlatilgan. 1990-yillarda sun'iy yo'ldoshlar). Ion dvigateli birinchi marta Deep Space 1 kosmik kemasida asosiy (harakatlantiruvchi) dvigatel sifatida ishlatilgan (birinchi dvigatel 1998 yil 10 noyabrda ishga tushirilgan). Keyingi transport vositalari 2003-yil 28-sentyabrda uchirilgan Yevropa oy zondi Smart-1 va 2003-yil may oyida asteroidga uchirilgan Yaponiyaning Hayabusa kosmik kemasi bo‘ldi. NASAning navbatdagi barqaror ionli dvigatellari bo‘lgan vositasi (qator muzlashlar va qayta ishga tushirilgandan keyin) edi. 2007 yil 27 sentyabrda uchirilgan Dawn kosmik kemasi. Dawn Vesta va Ceresni o'rganish uchun mo'ljallangan bo'lib, Deep Space 1 da muvaffaqiyatli sinovdan o'tgan uchta NSTAR dvigatelini olib yuradi. Yevropa kosmik agentligi 2009 yil 17 martda ultra past Yer orbitasiga uchirilgan GOCE sun'iy yo'ldoshi bortiga ion dvigatelini o'rnatdi. atigi 260 km balandlikda. Ion dvigateli atmosfera ishqalanishini va sun'iy yo'ldoshga boshqa tortishish bo'lmagan ta'sirlarni qoplaydigan doimiy impuls hosil qiladi.
Kelgusi kosmik dasturlar
Yaqin kelajakda ESA (Yevropa kosmik agentligi) JAXA (Yaponiya kosmik agentligi) va Roskosmos bilan birgalikda BepiColombo Merkuriy missiyasida (2018 yil aprel) ion harakatlantiruvchi vositadan foydalanishni rejalashtirmoqda. Ikki orbital stantsiya sayyoraga bitta transport moduli, Merkuriy uzatish moduli (MTM) orqali boradi. BepiColombo Smart-1 modulida sinovdan o'tgan ion dvigatellaridan foydalanadi.
NASA bortdagi yadro reaktoridan elektr quvvati bilan ishlaydigan kuchli ionli dvigatel ishlab chiqilayotgan Prometey loyihasini boshqaradi. Taxminlarga ko'ra, ushbu dvigatellardan sakkiztasi qurilmani 90 km/s gacha tezlashtira oladi. Ushbu loyihaning birinchi qurilmasi Jupiter Icy Moons Explorer 2017 yilda Yupiterga jo'natilishi rejalashtirilgan edi, biroq texnik qiyinchiliklar tufayli ushbu qurilmani ishlab chiqish 2005 yilda to'xtatilgan edi. Hozirda Prometey dasturining birinchi sinovi uchun oddiyroq AMS dizaynini izlash ishlari olib borilmoqda.
Yuklarni yetkazib berish imkoniyati
Engil tezlashuv tufayli sayyoralararo (yoki boshqa uzoq masofalarga) parvozlar uchun ion dvigatelli qurilmalardan foydalanish maqsadga muvofiqdir (ular uchun u bir necha marta ishlatilgan).
Va agar siz ma'lum bir vaqtda an'anaviy va ionli dvigatellarning xususiyatlarini taqqoslasangiz, ikkinchisidan foydalanishning afzalliklari aniq ko'rinadi. Yoqilg'i miqdori kamroq bo'lganligi sababli foydali massa oshadi, yoqilg'i uchun naqd xarajatlar kamayadi va qurilmaning o'zi boshqa turdagi dvigatellarga ega bo'lgan transport vositalaridan ancha yuqori tezlikka erishib, maqsadga tezroq erishadi.
Men ko'rsatgan massa va boshqa massalar bilan apparatga qancha vaqt ketishini bilish uchun hisob-kitoblarimni amalga oshirdim. texnik xususiyatlar asosiy dvigatel sifatida ion dvigateli yordamida Marsga yetib borishi mumkin bo‘ladi. Asos sifatida men allaqachon qo'ng'iroq qilgan Dawn qurilmasining ma'lumotlarini va uning ba'zi parvoz ma'lumotlarini oldim.
Hisob-kitoblarda dvigatel sifatida men Deep Space 1 zondida 30 mN surish va 3100 s o'ziga xos impuls bilan sinovdan o'tgan namuna asosida ishlab chiqilgan Dawn apparatining ksenon ionli dvigatelidan foydalandim.
Taxminiy parvoz va manevr diagrammasidan foydalanib, men traektoriyaning umumiy uzunligi ~ 1 milliard km ekanligini hisobladim.
Parvoz ma'lumotlaridan foydalanib, men Yerdan Vestaga parvoz qilish uchun bitta dvigatel tomonidan ~275 kg ksenon iste'mol qilinganligini bilib oldim; keyin Mars va Vestaga parvoz traektoriyalarining uzunligini o'zaro bog'lash orqali men atigi 100 kg ksenon bo'lishini hisobladim. bitta dvigatel uchun kerak.
Men tavsiya etilgan transport vositasiga ushbu xususiyatlarga ega 3 ta dvigatelni o'rnatishga qaror qildim, buning natijasida kichik chegara bilan yonilg'i massasi ~ 325 kg bo'lishi kerak.Men ushbu qurilmaning maqsadini Yerdan Marsga bir yo'l bilan yuk tashish uchun tanladim. Bunday sharoitda yuk mashinasining og'irligi quyidagilardan iborat bo'ladi: 325 kg yoqilg'i, 250 kg dasturiy ta'minot va tashilgan yukning ma'lum bir massasi. Misol uchun, men 600 kg, 1 t va 5 t oldim.Bir tekis tezlashtirilgan harakat formulalaridan foydalanib, men qurilma maqsadga 3,5 yil, 4,5 yil va taxminan 10 yildan so'ng 17, 13 va 6 km / s yakuniy tezlikda erishishini aniqladim, yaqinlashganda uni kamaytirish kerak bo'ladi. Mars. Oxir-oqibat, men juda zaif noqulay natijaga erishdim, ammo bunday kichik kuchga ega 3 ta dvigatel uchun bu natija yomon emas. Kelajakda men yanada kuchli, zamonaviy va ilg'or ionli dvigatellardan ma'lumotlarni asos qilib olaman yoki o'z modelimning xususiyatlarini yarataman va hisoblayman.
- Chiziqli zarracha tezlatgichlarining ishlashi katta energiya talab qiladi. Kerakli vaqt ichida kerakli miqdorda energiya olish imkonini beradigan bugungi kunda mavjud bo'lgan yagona texnologiya bu kema bortidagi yadro reaktoridir. Biroq, bu holda qurilma butunlay xavfsiz bo'lishni to'xtatadi.Ion dvigateli sekin tezlashadi, shuning uchun uni kosmik kemani Yer orbitasiga qo'yish uchun ishlatib bo'lmaydi. Bu faqat kosmosda bo'lgan kema uchun ishlaydi.
Xulosa qilish
Ishonamanki, hozirgi vaqtda ionli dvigatel kosmosda harakatlanish uchun eng istiqbolli qurilmalardan biridir. butun chiziq boshqa turdagi dvigatellarga nisbatan afzalliklari.
Olimlar kosmosdagi transport vositalarini barqarorlashtirish uchun ham, asosiy dvigatel sifatida ham boshqa sayyoralarni ionli dvigatellar bilan tadqiq qiladigan sun'iy yo'ldoshlar va kichik kosmik stantsiyalarni allaqachon jihozlamoqda.
O'zining o'ziga xos afzalliklari tufayli, ehtimol kelajakda, bortida ko'plab odamlar bo'lgan ulkan sayyoralararo va galaktikalararo yulduz kemalarini harakatga keltiradigan ion dvigatelidir.
Xulosa
Loyihada belgilangan maqsad va vazifalarga erishildi. Men ion qo'zg'alish qanday ishlashini o'rganib chiqdim, undan foydalanishning ijobiy va salbiy tomonlarini ko'rib chiqdim va ushbu turdagi qo'zg'alish bilan bog'liq asosiy kosmik dasturlar haqida bilib oldim. Kelajakda boshqa rasmiy ma'lumotlarga asoslanib, ion dvigatelidan foydalanishning boshqa mumkin bo'lgan sohalarida aniqroq hisob-kitoblarni amalga oshirish, shuningdek, ion dvigatelining ishchi modelini yig'ish orqali ishni yaxshilash mumkin.
Suyuq va qattiq yoqilg'ida ishlaydigan raketa dvigatellari tufayli odam kosmosga chiqdi. Ammo ular kosmik parvozlarning samaradorligini ham shubha ostiga olishdi. Nisbatan kichkinasi hech bo'lmaganda "tutib olishi" uchun u ta'sirchan o'lchamdagi raketaning tepasiga o'rnatiladi. Va raketaning o'zi, aslida, uchuvchi tank bo'lib, uning og'irligi sherning ulushi yoqilg'i uchun ajratilgan. Uning hammasi oxirgi tomchigacha ishlatilsa, kema bortida oz miqdorda zaxira qoladi.
Yerga tushmaslik uchun u vaqti-vaqti bilan impulslar bilan orbitasini ko'taradi.Ular uchun yoqilg'i - taxminan 7,5 tonna - avtomatik kemalar tomonidan yiliga bir necha marta etkazib beriladi. Ammo Marsga yo‘lda bunday yonilg‘i quyish kutilmaydi. Eskirgan dizaynlar bilan xayrlashish va e'tiboringizni yanada rivojlangan ionli dvigatelga qaratish vaqti kelmadimi?
Uning ishlashi uchun juda ko'p miqdorda yoqilg'i kerak emas. Faqat gaz va elektr. Kosmosdagi elektr energiyasi quyosh panellari yordamida Quyoshdan yorug'likni olish orqali ishlab chiqariladi. Yulduzdan qanchalik uzoq bo'lsa, ularning kuchi shunchalik kam bo'ladi, shuning uchun siz ko'proq foydalanishingiz kerak bo'ladi Gaz asosiy yonish kamerasiga kiradi, u erda elektronlar bilan bombardimon qilinadi va ionlanadi. Olingan sovuq plazma isitish uchun yuboriladi, keyin esa tezlashtirish uchun magnit ko'krakka yuboriladi. Ion dvigateli issiq plazmani an'anaviy raketa dvigatellari erisha olmaydigan tezlikda chiqaradi. Va kerakli tezlashtirishni oladi.
Operatsion printsipi juda oddiy, siz o'z qo'llaringiz bilan namoyish ionli dvigatelni yig'ishingiz mumkin. Agar pinwheel shaklidagi elektrod oldindan muvozanatlangan bo'lsa, igna uchiga joylashtirilsa va yuqori kuchlanish qo'llanilsa, elektrodning o'tkir uchlarida ulardan tushgan elektronlar tomonidan yaratilgan ko'k nur paydo bo'ladi. Ularning chiqishi zaif reaktiv kuch hosil qiladi, elektrod aylana boshlaydi.
Afsuski, ionli dvigatellar shunchalik zaif kuchga egaki, ular kosmik kemani Oy yuzasidan ko'tara olmaydilar, yerga uchirish haqida gapirmasa ham bo'ladi. Buni Marsga ketayotgan ikkita kemani solishtirish orqali eng aniq ko'rish mumkin. Suyuq dvigatellari bo'lgan kema bir necha daqiqalik shiddatli tezlashuvdan so'ng parvozni boshlaydi va Qizil sayyora yaqinida tormozlash uchun biroz kamroq vaqt sarflaydi. Ion dvigatellari bo'lgan kema ikki oy davomida asta-sekin ochiladigan spiralda tezlashadi va xuddi shu operatsiya uni Mars yaqinida kutmoqda ...
Va shunga qaramay, ionli dvigatel allaqachon o'z qo'llanilishini topdi: u quyosh tizimining yaqin va uzoq sayyoralariga, asteroid kamariga uzoq muddatli razvedka missiyalariga yuborilgan bir qator uchuvchisiz kosmik kemalar bilan jihozlangan.
Ion dvigateli flot oyoqli Axillesdan o'tib ketadigan bir xil toshbaqadir. Bir necha daqiqada barcha yoqilg'ini tugatgandan so'ng, suyuq dvigatel abadiy jim qoladi va keraksiz temir bo'lagiga aylanadi. Plazma bo'lganlar esa yillar davomida ishlashi mumkin. Ehtimol, ular birinchi kosmik kema bilan jihozlangan bo'lib, ular yorug'likdan past tezlikda Yerga eng yaqin yulduzga boradilar. Parvoz atigi 15-20 yil davom etishi kutilmoqda.
NASA 2005 yil iyun oyida boshlangan ionlashtirilgan gazda ishlaydigan harakatlantiruvchi tizim sinovlarini yakunladi. Endi u kosmik kemalar bilan jihozlanishi mumkin, ularni ilgari misli ko'rilmagan tezlikka tezlashtiradi.
Yangi avlod ksenon dvigateli sinovdan o'tkazilmoqda. (NASA surati.)
Ilmiy-fantastik asarlarda tez-tez uchraydigan ionli dvigatellar amaliyotda 70-yillarda qo'llanilgan. Ulardagi tortishish elektrostatik maydonda ionlangan gazning tezlashishi tufayli hosil bo'ladi.
An'anaviy kimyoviy eritmalar bilan solishtirganda bunday masofadan boshqarish tizimlarining afzalligi ularning yuqori samaradorligi, ya'ni qurilmani kam yoqilg'i sarfi bilan soniyasiga o'nlab kilometrgacha tezlashtirish qobiliyatidir. To'g'ri, bu kosmosda ion dvigateli uzoq vaqt ishlaganda sodir bo'ladi: uning boshlang'ich kuchi kichik. Shu sababli, ushbu sxema yaqinda kosmik kemani harakatga keltiradigan asosiy tizim sifatida qo'llanila boshlandi.
Ion harakatlanishning kashshofi 1998 yilda uchirilgan Amerikaning Deep Space 1 kosmik kemasi edi. Buning ortidan Yevropa va Yaponiya zondlari amalga oshirildi va bugungi kunga qadar oxirgi yirik loyiha NASA tomonidan Vesta asteroidi va mitti sayyora Ceresni o‘rganish uchun yuborilgan avtomatik sayyoralararo Dawn stansiyasi bo‘ldi.
Dawn ion dvigateli NASAning Evolyutsion Ksenon Thruster (NEXT) ksenon tizimini yaratish uchun namuna bo'ldi.Glenn tadqiqot markazi va Aerojet ishlab chiquvchilari bunday harakatlantiruvchi tizimdan foydalanish mumkin bo'lgan turli xil missiyalarni simulyatsiya qilishdi.
2005 yildan beri NEXT 35,5 ming soat ishlagan, bu avvalgi rekorddan 5 ming soatga ko'pdir. Tajribalar uchun 600 kg ksenon kerak edi. Sinov modellari asosida muhandislar bir nechta ionli dvigatellarning harakatlanish tizimini ishlab chiqdilar, ularning ishlash muddati 6 yildan oshadi va endi NASA faqat qaysi missiyalarni ishlab chiqishni boshqarish uchun qulayroq bo'lishini tanlashi mumkin. Ehtimol, bu erda AQSh Milliy Fanlar akademiyasi tomonidan kelgusi o'n yil uchun taklif qilingan kosmik dastur yordam beradi?
Manba: Computerra-Online
Ion dvigateli
Ionli dvigatel - bu elektr raketa dvigatelining bir turi. Uning ishchi suyuqligi ionlangan gaz (argon, ksenon, seziy...).
Ishlash printsipi
Dvigatelning ishlash printsipi gazning ionlanishi va uning elektrostatik maydon tomonidan tezlashishi hisoblanadi. Shu bilan birga, zaryadning massaga nisbati yuqori bo'lganligi sababli, ionlarni juda yuqori tezlikka tezlashtirish mumkin bo'ladi (kimyoviy raketa dvigatellari uchun 3-4,5 km / s ga nisbatan 210 km / s gacha). Shunday qilib, ionli dvigatelda juda yuqori o'ziga xos impulsga erishish mumkin. Bu kimyoviy raketalarda reaktiv massa iste'moli bilan solishtirganda ionlashtirilgan gazning reaktiv massasi iste'molini sezilarli darajada kamaytirish imkonini beradi, lekin katta miqdorda energiya talab qiladi. Dvigatelning joriy tatbiq etilishidagi kamchiliklari juda zaif tortishishdir (nyutonning o'ndan bir qismiga teng). Shunday qilib, sayyoradan uchish uchun ion dvigatelidan foydalanish mumkin emas, lekin boshqa tomondan, kosmosda, agar dvigatel etarlicha uzoq vaqt ishlasa, kosmik kemani hozirda mavjud bo'lgan tezlikka tezlashtirish mumkin. mavjud bo'lgan boshqa turdagi dvigatellar uchun mavjud emas.
Mavjud ilovalar dvigatelning ishlashini qo'llab-quvvatlash uchun quyosh panellaridan foydalanadi. Ammo bu usul chuqur kosmosda ishlash uchun qabul qilinishi mumkin emas. Shu sababli, yadroviy qurilmalar allaqachon ba'zan ushbu maqsadlar uchun ishlatiladi.
Ion dvigatelining printsipi ancha vaqtdan beri ma'lum bo'lib, ilmiy-fantastik adabiyotlarda, kompyuter o'yinlarida va kinoda keng tarqalgan, ammo u kosmonavtika uchun yaqinda mavjud bo'ldi.
1960 yilda birinchi ishlaydigan keng nurli ionli elektrostatik dvigatel qurilgan (AQShda NASA Lyuis tadqiqot markazida yaratilgan). 1964 yilda ion qo'zg'alishning birinchi muvaffaqiyatli suborbital namoyishi (SERT I) kosmosda ion nurini zararsizlantirishning maqsadga muvofiqligini sinab ko'rdi.
1970 yilda kosmosda simob ionli elektrostatik itaruvchilarning uzoq muddatli ishlashi sinovi (SERT II). 1970-yillardan boshlab Hall effektli ionli dvigatellar SSSRda navigatsiya dvigatellari sifatida qoʻllanila boshlandi (SPT-60 dvigatellari 1970-yillarda Meteorlarda, SPT-70 1980-yillarda Kosmos va Luch sunʼiy yoʻldoshlarida, SPT-100 bir qator qurilmalarda ishlatilgan. 1990-yillarda sun'iy yo'ldoshlar).
Ion dvigateli birinchi marta Deep Space 1 kosmik kemasida asosiy (harakatlantiruvchi) dvigatel sifatida ishlatilgan (birinchi dvigatel 1998 yil 10 noyabrda ishga tushirilgan). Keyingi qurilmalar 2003-yil 28-sentabrda ishga tushirilgan Yevropa oy zondi Smart-1 va 2003-yil may oyida asteroidga uchirilgan Yaponiyaning Hayabusa zondi bo‘ldi.
NASAning barqaror ionli dvigatellari bo'lgan navbatdagi kosmik kemasi 2007 yil 27 sentyabrda uchirilgan Dawn kosmik kemasi bo'ldi (bir qator muzlashlar va ishni qayta boshlashdan keyin). Dawn Vesta va Ceresni o'rganish uchun mo'ljallangan bo'lib, Deep Space 1 da muvaffaqiyatli sinovdan o'tgan uchta NSTAR dvigateliga ega.
Evropa kosmik agentligi 2009 yil 17 martda atigi 260 km balandlikdagi ultra past Yer orbitasiga chiqarilgan GOCE sun'iy yo'ldoshi bortida ion dvigatelini o'rnatdi. Ion dvigateli atmosfera ishqalanishini va sun'iy yo'ldoshga boshqa tortishish bo'lmagan ta'sirlarni qoplaydigan doimiy impuls hosil qiladi.
Istiqbollar
ESA Merkuriyning BepiColombo missiyasida ion harakatlantiruvchi vositadan foydalanishni rejalashtirmoqda. U Smart-1 asosidagi dvigatelga asoslanadi, biroq kuchliroq bo‘ladi (ishga chiqarilishi 2011-2012 yillarga mo‘ljallangan).
NASA bortdagi yadro reaktoridan elektr quvvati bilan ishlaydigan kuchli ionli dvigatel ishlab chiqilayotgan Prometey loyihasini boshqaradi. Taxminlarga ko'ra, ushbu dvigatellardan sakkiztasi qurilmani 90 km/s gacha tezlashtira oladi. Ushbu loyihaning birinchi qurilmasi Jupiter Icy Moons Explorer 2017 yilda Yupiterga jo'natilishi rejalashtirilgan edi, biroq texnik qiyinchiliklar tufayli ushbu qurilmani ishlab chiqish 2005 yilda to'xtatilgan edi. Hozirda Prometey dasturining birinchi sinovi uchun oddiyroq AMS dizaynini izlash ishlari olib borilmoqda.
Computerra-dagi maqola
Ion dvigatellari uchun yadro reaktorlaridan foydalanish to'g'risida (Membrane.ru)
BepiColombo ESA veb-saytida
NASA veb-saytida "Prometey" loyihasi
Dawn ionli kosmik kemasi 2007 yil 25 sentyabrda uchirilgan.
Foton va ionli dvigatellar
Badiiy adabiyotdan haqiqatga
FOTON Dvigatel - reaktiv dvigatel, uning surish kuchi elektromagnit nurlanish yoki fotonlar kvantlarining chiqishi tufayli hosil bo'ladi. Bunday dvigatelning asosiy afzalligi relativistik mexanika doirasida vakuumdagi yorug'lik tezligiga teng bo'lgan maksimal egzoz tezligidir. Raketa vositasi uchun bu yuklangan va bo'sh raketa massalarining nisbatini tavsiflovchi Tsiolkovskiy raqamining oqilona qiymatlarida yorug'lik tezligining har qanday muhim qismiga erishishning yagona keng tarqalgan usulidir. Shuni ta'kidlash kerakki, bu holda biz ko'p bosqichli raketalar uchun 10 tartibli texnik jihatdan amalga oshirilgan qiymatlari bilan bir necha o'nlab - yuzlab tartibli Z raqami haqida gapiramiz. Foton dvigatelining asosiy kamchiligi energiyani birlamchi manbadan foton oqimiga aylantirish zanjirining past samaradorligi hisoblanadi. Optik va gamma kvantlarni to'g'ridan-to'g'ri ishlab chiqarish uchun annigilyatsiya reaktsiyasidan foydalanish muammoning jiddiyligini sezilarli darajada kamaytirmaydi, chunki antimateriyani saqlashdagi yo'qotishlarni (uning ishlab chiqarilishini hisobga olmaganda) va diqqatni jamlashdagi qiyinchiliklarni hisobga olish kerak. hosil bo'lgan radiatsiya. Bundan tashqari, termoyadro plazmasidan fotonlar manbai sifatida foydalanish (shu jumladan lazer nurlanishini yaratish uchun) va uzoqroq to'lqin uzunligi diapazonidagi elektromagnit kvantlardan ("radio dvigatel") foydalanish yanada realroq deb topildi. Birinchi holda, kerakli parametrlarga ega bo'lgan plazmani yaratish va barqaror holatda saqlash muammolari hal qilinmagan. "Radiomotor" "reaktiv oqim" ga e'tibor qaratish vazifasini sezilarli darajada osonlashtiradi, lekin qo'zg'alish tizimining samaradorligini keskin pasaytiradi.
Foton haydovchi: kosmik yutuq
Yorug'lik nurlanishi ta'sirida chang emissiyasining ta'siri quyosh tizimining boshqa sayyoralariga parvozlar uchun qiziqarli va istiqbolli kosmik harakat turini yaratishga imkon beradi. Yorug'lik va issiqlik ta'sirida chang zarralari tortishish kuchiga qarshilik ko'rsatadi va yuqoriga otiladi. Sayyoralar va asteroidlarning paydo bo'lishida muhim rol o'ynagan bu effekt changni tozalash qurilmalarida, shuningdek, Mars zondlarining dvigatellarida va yangi turdagi kosmik yelkanni yaratishda amaliy qo'llanilishi mumkin.
Chang qatlami qizil lazer nurlanishiga duchor bo'lganda, mayda vulqonning otilishini eslatuvchi zarrachalarning porlashi kuzatiladi. Myunster universiteti olimlari Gerxard Vurm va Oliver Krauss ushbu hodisani har tomonlama o‘rganib chiqib, uning paydo bo‘lishi fotoforez va qattiq holatda “issiqxona effekti” bilan bog‘liq degan xulosaga kelishdi, deb xabar beradi PhysOrg.
Fotoforez - yoki yorug'lik ta'sirida zarrachalarning harakati - termoforez deb ataladigan uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan ta'sirga asoslanadi, ya'ni zarrachalarning issiqlik ta'sirida harakatlanishi. Harorat gradienti bo'lgan muhitda zarralar issiqroq joylardan sovuqroq hududlarga o'tadi. Agar issiqlik manbai so'rilgan yorug'lik energiyasi bo'lsa, bu jarayon fotoforez deb ataladi.
Fotonli dvigatel - bu e/magnit nurlanish kvantlari yoki fotonlarning chiqishi tufayli surish kuchi hosil bo'lgan dvigatel. Grafit kukuni zarralarining chiqishi (ichida shishasimon uglerod zarralarining "otilishi" mavjud).
Foton drayveri - bu haqiqatmi?
Chang otilishida sirt harorati gradientidan tashqari, qattiq holatdagi "issiqxona effekti" ham rol o'ynaydi. Issiqxona effekti lazer nurlari sirt qatlamlaridan bir oz chuqurroq joylashgan chang zarralarini eng kuchli qizdirishi sababli yuzaga keladi (kamida 100 mikron chuqurlikda, bu bir necha o'nlab zarracha qatlamlari).
Olimlarning hisob-kitoblariga ko‘ra, 1 mikron o‘lchamdagi bitta sharsimon zarrachani chiqarish uchun taxminan 10-7 N kuch kerak bo‘ladi.“Biz zarrachalar o‘rtacha 5 sm balandlikka ko‘tarilganini kuzatdik, – deydi doktor Vurm. 10 sm gacha oshirilishi mumkin ", lekin bu chegara emas. Chegara, ehtimol, zarrachalarning taqsimlanishi va hajmiga, ularning o'zaro yopishish kuchiga va lazer nurining kuchiga bog'liq."
50 mVt quvvatda radiatsiya chang qatlamiga bir necha millimetr chuqurlikka kiradi. Harorat chuqurlashgan sari pasayish tendentsiyasiga ega, lekin u aslida sirtda emas, balki 100 mkm chuqurlikda maksimal darajaga etadi. Bu sirt yaqinida teskari harorat gradientini hosil qiladi, bu esa chang zarralarining otilishiga olib keladi. Tajribalar davomida, shuningdek, lazer o'chirilgandan keyin bir necha o'n soniya ichida maksimal harorat gradienti nuqtasi sirtning tez sovishi tufayli yanada chuqurroq aralashishi, bu esa fotoforezning kuchini yanada oshirishi aniqlandi.
Fotoforez eng yaxshi past bosimda kuzatiladi. Tajribalar 10 millibar bosim ostida o'tkazildi, bu Yerning normal atmosfera bosimining taxminan 0,01 ga teng, shuning uchun fotoforezning Yer changiga ta'siri ahamiyatsiz. Biroq, sayyora va yulduz shakllanishining dastlabki bosqichlarida past bosimli fotoforez gaz va chang disklarining shakllanishida muhim rol o'ynagan, bu esa o'z navbatida Kuiper kamarida asteroidlar va boshqa kosmik ob'ektlarning paydo bo'lishiga olib kelgan.
Olimlarning fikricha, kelajakda fotoforez Marsning noyob atmosferasida amaliy qo'llanilishini topishi mumkin. Misol uchun, ushbu texnologiyadan quyosh batareyasi bloklari va optik asboblar linzalaridagi changni tozalash uchun avtomatik tadqiqot stantsiyalarida foydalanish mumkin. Bundan tashqari, olimlar radiatsiya bosimi o‘rniga fotoforez kuchidan foydalanadigan quyosh yelkanini yaratishni rejalashtirmoqda. Baliq ovlash tarmog'ini eslatuvchi va salbiy fotoforez asosida ishlaydigan bunday yelkan, fiziklarning fikriga ko'ra, kichik zondlarni haydashi mumkin. 10x10 m yelkan ko'tara oladi foydali yuk faqat Quyoshning "passiv" nurlanishi tufayli bir necha o'n kilogramm og'irlikda.
Ion dvigateli: kosmik yutuq
ION ENGINE - 2003 yil 30 sentyabrda Evropa kosmik agentligining SMART 1 tadqiqot stantsiyasi Ariane 5 raketasi tomonidan Kuru kosmodromidan koinotga muvaffaqiyatli uchirildi.Sun'iy yo'ldosh ESA (Yevropa kosmik agentligi) buyrug'i bilan yaratilgan. , Yevropa kosmik agentligi) Shvetsiya kosmik korporatsiyasi tomonidan 11 tadan 30 ga yaqin subpudratchilar ishtirokida. Yevropa davlatlari va AQSh. Loyihaning umumiy qiymati 110 million yevroni tashkil etdi.
SMART 1 - ESAning Oyni tadqiq qilish uchun mo'ljallangan birinchi robotli zondi. Shu bilan birga, bu yangi turdagi noyob tadqiqot stantsiyasi, birinchi yangi dastur ESA texnologiyada ilg'or tadqiqotlar uchun kichik missiyalar deb nomlanadi. Dastur davomida bir qator yangi texnologiyalarni, masalan, Ka-diapazonli aloqa va lazerli aloqa, avtonom navigatsiya va boshqa ko‘p narsalarni sinovdan o‘tkazish rejalashtirilgan.
SMART 1 juda katta hajmdagi uskunalar bilan kam og'irligi (370 kg, shu jumladan ilmiy uskunalar - 19 kg) va ixchamligi bilan ajralib turadi. Buklangan quyosh panellari bilan u metr o'lchamdagi to'rtburchakdir. SMART 1 narxi odatdagi ESA sayyoralararo stantsiyasidan taxminan besh baravar arzon. Lekin eng ko'p asosiy xususiyat Yangi kosmik kema kosmonavtika tarixida birinchi marta asosiy vosita sifatida ionli dvigateldan foydalaniladi. ESA ionli harakatlantiruvchi tizim bilan jihozlangan yana ikkita avtomobilni kiritishni rejalashtirmoqda. Bular Merkuriyni o'rganish uchun BepiColombo va Quyoshni o'rganish uchun Quyosh Orbiteri.
SMART 1-ga o'rnatilgan ionli dvigatel quyosh panellari tomonidan ishlab chiqarilgan 1350 vatt elektr energiyasini iste'mol qiladi va 0,07 nyuton kuchini ishlab chiqaradi, bu taxminan otkritka og'irligiga teng. Ishchi moddasi ksenon (yoqilg'i zaxirasi 82 kg). Shu bilan birga, stansiyaga Oy atrofida elliptik qutbli orbitaga chiqish uchun 16 oy kerak bo‘ldi. SMART 1 ning mo‘ljallangan orbitaga chiqarilishi bosqichlardan iborat murakkab ko‘p bosqichli jarayon edi.
To‘g‘rirog‘i, ionli dvigatellar allaqachon kosmik kemalarga o‘rnatilgan - so‘nggi yillarda, xususan, NASAning Deep Space 1 (DS 1) tadqiqot stansiyasi va ESA ning eksperimental geostatsionar aloqa sun’iy yo‘ldoshi Artemisda. Ikkinchi holda, bortda ion dvigatellari mavjudligi tufayli millionlab dollar xarajat evaziga butunlay yo'qolgan ko'rinadigan sun'iy yo'ldoshni saqlab qolish mumkin edi.
Artemida sun'iy yo'ldoshini orbitaga olib chiqqan Ariane 5 raketasining yuqori bosqichining g'ayritabiiy ishlashi Artemida orbitasi hisoblanganidan sezilarli darajada past bo'lishiga olib keldi. Bu odatda sun'iy yo'ldoshning yo'qolishiga olib keladi. Agar u boshqa kosmik kemalar uchun xavf tug'dirsa, u cho'kib ketgan (og'ir kosmik kema) yoki atmosferada "yoqilgan". Ammo Artemida bu ayanchli taqdirdan qutulib qoldi.
Ko'rilgan shoshilinch choralar tufayli va bortdagi kimyoviy yoqilg'ining deyarli to'liq zaxirasini ishlatish hisobiga sun'iy yo'ldoshni 31 ming km balandlikda aylana orbitasiga o'tkazishga muvaffaq bo'ldi. Ammo bundan keyin Artemidani hisoblangan geostatsionarga (taxminan 36 ming km balandlikda) o'tkazish kerak edi. Keyin bortga o'rnatilgan to'rtta ionli dvigateldan juft-juft foydalanishga qaror qilindi. Ular dastlab sun'iy yo'ldoshning yo'nalishini (egilishini) boshqarish uchun mo'ljallangan edi. O'tishni amalga oshirish uchun dvigatellarning surish vektori orbital tekislikka perpendikulyar yo'naltirildi. Ammo qurilmani saqlab qolish uchun unga orbital tekislikda impuls berish va shu bilan uni yuqori geostatsionar orbitaga o'tkazish kerak edi. Artemisni odatdagi yo'nalishidan 90 gradusga aylantirish kerak edi.
Eng murakkab qutqaruv operatsiyasi yangi harakat strategiyasini, sun'iy yo'ldoshni boshqarishning yangi rejimlarini va bort uskunasining ishlashini "parvozda" ishlab chiqishni talab qildi. Butun bortning 20 foizini o'zgartirish kerak edi dasturiy ta'minot. Va shunga qaramay, operatsiya juda muvaffaqiyatli bo'ldi. Uning murakkabligi shundan dalolat beradiki, bort boshqaruv tizimini qayta dasturlash uchun Yerdan umumiy hajmi 15 ming so'zdan iborat o'zgartirilgan dasturiy ta'minot bloklarini yuklab olish kerak edi. Bu Yerdan telekommunikatsiya sun'iy yo'ldoshini qayta dasturlash bo'yicha eng katta operatsiya edi.
Oddiy harakatga qaramay (atigi 15 millinyuton), Artemida kuniga 15 km ko'tarilib, hisoblangan orbitaga "ko'tarila" boshladi. Butun qutqaruv operatsiyasi 18 oy davom etdi. 2003 yil 31 yanvarda Artemida bir yarim yil oldin bo'lishi kerak bo'lgan joyda o'zini topdi. Natijasi butunlay ion dvigatellarining ishonchliligiga va Yerdagi odamlarning muvofiqlashtirilgan harakatlariga bog'liq bo'lgan dunyodagi birinchi qutqaruv operatsiyasi muvaffaqiyatli o'tdi. Umidsiz yo'qolgan deb hisoblangan sun'iy yo'ldosh normal ishlay boshladi.
SMART 1 asosiy dvigatelining dizayni DS 1 va Artemisga o'rnatilgan dvigatellardan sezilarli darajada farq qiladi. Oxirgi ikkita qurilmaga kelsak, ionlarni tezlashtirish uchun unga potentsial qo'llaniladigan panjara (to'rlangan ion dvigateli deb ataladi) ishlatilgan. Bundan farqli o'laroq, SMART 1 dizaynida sezilarli darajada farq qiluvchi Hall ionli dvigatel bilan jihozlangan. Hall effektli dvigatellarning muhim afzalligi - bu yuqori energiyali ionlar tomonidan doimiy ravishda bombardimon qilinadigan panjaraning yo'qligi, natijada uning tez parchalanishi. Turli xil dizayndagi ionli dvigatellarning boshqa xususiyatlariga kelsak, vaziyat unchalik aniq ko'rinmaydi. Umuman olganda, panjarali dvigatellar yuqori o'ziga xos impuls ishlab chiqaradi va Hall dvigatellariga qaraganda taxminan ikki baravar ko'p yoqilg'i (ish suyuqligi) iste'mol qiladi. Shu bilan birga, Hall itargichlari bir xil quvvat sarfi bilan kattaroq o'ziga xos kuchni ishlab chiqishga imkon beradi. Ikkala dizaynning ham afzalliklari va kamchiliklari bor va afzal variantni tanlash har bir holatda apparat oldida turgan vazifalarning tabiatiga va uning energiya imkoniyatlariga bog'liq.
Ion o'tkazgichning anod va katod orasidagi plazma.
Surat: Joao Duarte / eLab xakerlar maydoni
Portugaliyalik João Duarte uyda ionli dvigatelning oddiy ishchi modelini yig'di. Ishlab chiquvchi eLab hackerspace portalida o'z loyihasi haqidagi hikoyani e'lon qildi. Uning motorida bir nechta ushlagichlar, stend, korpus va 3D bosilgan plastmassadan tayyorlangan nozul, yettita mix, yettita mis quvur va yuqori voltli transformator ishlatiladi.
Ion dvigatelini qurishda barcha elementlarning yuqori elektr o'tkazuvchanligi muhim ahamiyatga ega. Uni oshirish uchun Duarte tirnoqlarni yupqa mis qatlami bilan qopladi. U tirnoqlarni zangdan olib tashladi va keyin ularni oksidlangan mis tangalar bilan birga tuz va sirka eritmasiga botirdi. Mis qoplamasi tufayli tirnoqlar yuzasida elektr o'tkazuvchanligi oshdi.
Keyin portugallar diametri ikki santimetr bo'lgan mis quvurni olib, har birining uzunligi besh santimetr bo'lgan besh bo'lakka kesib tashladilar. Keyin Duarte trubka va tirnoq ushlagichlari, stend, motor korpusi va nozulni chop etdi. Uchun samarali ish ion dvigateli, mis tirnoqlarining uchlari mis quvurlarning aylanasi markazida aniq bo'lishi kerak.
Duarte tirnoqlarni naychalardan qanday masofada qo'yish kerakligini aniqlamadi, lekin u barcha mixlar uchun bir xil bo'lishi kerakligini ta'kidladi. Portugaliyaliklar tortishni tartibga solish uchun ushlagichni gorizontal tekislikda harakatlanuvchi tirnoqli qildilar. Duarte quvurlar va mixlarga to'qqiz kilovolt kuchlanish va 50 milliamperlik oqim ishlab chiqarishga qodir transformatorni uladi.
Dvigatel dizaynida tirnoqlar katod, mis quvurlar esa anod vazifasini bajaradi. Voltaj yoqilganda, tirnoqlar atrofidagi havo ionlanadi va anod tomonidan tortiladi, havo oqimi paydo bo'ladi, bu vosita ko'krak orqasida engil qoralama hosil qiladi. Keling, shunday harakat qilaylik Power Point qila olmaydi, lekin qog'oz parchalarini chayqashga qodir.
Ionli dvigatel tushunchasini birinchi marta amerikalik olim Robert Goddard taklif qilgan. 1954 yilda texnologiya olim Ernst Stuhlinger tomonidan batafsil tavsiflangan va birinchi ishlaydigan dvigatel 1959 yilda NASAda yig'ilgan. U 31 daqiqa ishlay oldi. Ion qo'zg'alish tizimi birinchi marta 1998 yilda Deep Space kosmik kemasida harakatlantiruvchi vosita sifatida ishlatilgan.
Zamonaviy ionli dvigatellar uch yil davomida uzluksiz ishlashi mumkin. Jet zarbasini yaratish uchun ular odatda argon yoki ksenondan foydalanadilar. Bu inert gazlar elektr maydonida tezlashadi. Ijobiy fazilatlar ion dvigateli kam quvvat iste'moli va yoqilg'i iste'moli, va jiddiy kamchilik- 250 millinyutongacha bo'lgan mikroskopik tortishish.
