Ионный рекорд

Теги:космос
 

maxim

втянувшийся


Принципиально новый двигатель позволил
космическому аппарату НАСА проникнуть в
Солнечную систему намного глубже, чем любые
рукотворные приборы, запущенные когда бы то ни
было в прошлом.

По словам представителей американского
аэрокосмического агентства, ионная силовая
установка успешно двигала аппарат Deep Space-1
в течение 200 дней - куда дольше, чем
традиционные космические двигатели, которым
топлива хватает всего на несколько суток.

- Ионный двигатель, установленный на Deep
Space-1, накопил уже больше времени
деятельности в космосе, чем любая другая
система в истории освоения космоса, - утверждает
представитель НАСА Джон Брофи.

Ионный двигатель позволяет космическому
аппарату проникнуть в такие районы открытого
космоса, до которых традиционным долетать
никогда не удавалось.

Энергия ксенона

В отличие от фейерверка,
принцип которого заложен
в большинстве ракетных
двигателей, работающих
на твердом или жидком
топливе, ионные излучают
лишь жутковатое голубое
свечение: это
выбрасываются наружу
ионизированные атомы
ксенона. Ксенон - тот же
газ, что используется в
фотовспышках и
большинстве ламп дневного света.

Испуская поток электрически заряженного газа,
двигатель производит небольшой поступательный
импульс, силу которого можно сравнить с тем
давлением, которое оказывает кусочек бумаги на
руку человека.

Этот тип топлива намного легче и более
эффективен, чем химический, что удешевляет
использование ионных двигателей по сравнению с
традиционными. Скорость такой двигатель набирает
медленно, но держит ее достаточно долго, а
удельная мощность его на единицу веса в 10 раз
больше, чем у топливного.

Эффективность

К концу своей миссии ионный двигатель разгонит
Deep Space-1 до 11 тысяч километров в час.

- Важность использования такого двигателя
заключается в том, что он очень эффективен, -
говорит руководитель проекта доктор Марк Рэйман.
- Он обладает очень маленькой движущей силой,
но он и весит меньше, так что его можно
использовать для более дешевых запусков, а уж
по скорости - после ее набора - с ним не сравнится
ни один другой двигатель. И с его помощью мы
сможем проникать намного глубже в Солнечную
систему, - добавляет Рэйман.

Основной задачей аппарата Deep Space-1 является
встреча в сентябре следующего года с кометой
Боррелля.

Подготовил Ян Ледер, Би-би-си
 

LBS

старожил
Кто-нибудь может подробно рассказать про отечественные СПТ?
Насколько я знаю, большинство отечественных "высокоманевренных" спутников оснащается ионным мотором уже лет 20.
Читал бумагу ВМФ США, примерно 89-го года, в которой они сетуют на отсутствие в США подобных моторов, "сертифицированных для применения на аппаратах военного назначения".
Впрочем, требования к двигателю DS1 значительно ниже, чем к моторам спутников.

Кстати, энергоустановка на DS1 поинтереснее мотора будет. Вроде не было летавших аналогов, кроме сугубо экспериментальных.

[Редактировалось LBS (20-08-2000 в 23:35).]
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
Вот вопрос для обсуждения:
Почему рабочее тело Xe?
Напоминаю, что чем меньше мол. масса (или масса частиц - нет разницы), тем более эффективен двигатель - см. Ы формулу. Но ксенон обладает самым низким потенциалом ионизации из всех газов.
quote:
Offtopic, но GAW простит - химик химику...:)
Ксенон был первым из инертных газов, который сдался на милость химиков, с тех пор синтезированы массу соединении "инертных" газов. И для оправдания забежки - одно время некоторые из оксидов и фторидов элементов восьмой главной прорабатывали в качестве окислителей для смесевых твердых топлив
 

Возвращаясь к нашим баранам, предлагаю задуматься о применении столь тяжелого рабочего тела - вопреки низкой эффективности и истечения, и разгона в электрическом поле: F = m*a и для ионов справедливо, тоесть электростатическое поле придасть однозарядному иону водорода в сотни раз большее ускорение, чем оннозарядному же иону ксенона. А даже если и ион ксенона многозарядный, не стозарядный же!
Мое мнение - неэффективна система ионизации рабочего тела. Вот и главное направление, в котором должны усовершенствоваться ионники.
 
+
-
edit
 

Asteroid

новичок
Этот вопрос (почему ксенон, а не водород) уже обсуждался в RU.SPACE и тогда пришли к выводу, что из-за того, что электроны от Ксенона отрывать легче
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
Вот-вот, и мне ксенон не ндравиться. Всем инстинктам противоречит его применение.
И будьте другом, ссылочку/текст киньте - на мыло, а лучше в форуме.
 
+
-
edit
 

Balancer
Guest

гость
А у меня к ксеону хорошее отношение :)
Есть такая бесподобная штука - оксид ксеона. Чрезвычайно взрывчатая и жутко капризная :)
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
Поправка - не нравится применение ксенона в ЭРД;)

А так ксенона я даже использовал - газ-носитель в хроматографии, для детекторов плотности особенно хорош, и для ионизационных - тоже, но как примесь к азоту. Дорогой газ.
А о оксиде ксенона - да, так. Но есть и довольно устойчивые соединения. Их-то и пробовали в кач-ве окислителей.
 
+
-
edit
 

TheFreak

старожил

Привет!
Тяжелые ионы использовать лучше.
Для нерелятивистких скоростей:
eU=0.5mV2, где U разность потенциалов в ускоряющем поле,
т.е.
mV2=2eU,
или
(mV)2=2meU,
имеем:
p=SQRT(2meU).
Чем больше масса иона тем больший импульс он приобретет пролетая данную разность потенциалов.
Более того, для тяжелых ионов фракция многозарядных ионов в плазме больше, что тоже хорошо. Более того, с тяжелыми ионами можно обеспечить больший расход материала с меньшей концентрацией частиц в плазме, что тоже неплохо, поскольку плотная плазма искажает эл.маг. поля. Ну и конечно, просто легче ионизовать.
 

Anika

координатор
★★☆
Все правильно, импульс пропорционален корню из массы иона. А расход рабочего вещества - прямо пропорционален. Удельный импульс (он же скорость истечения) - обратно пропорционален. Так что - вполне разделяю сомнения Вербана.
Когда говорит масло - пушки молчат. А голос пушек - это голос Муз. (c)Ю.Шерман  

Anika

координатор
★★☆
Сорри... нечетко сформулировал.
> Удельный импульс (он же скорость истечения) - обратно пропорционален.

...обратно пропорционален... корню из массы иона, конечно. :S
Когда говорит масло - пушки молчат. А голос пушек - это голос Муз. (c)Ю.Шерман  

LBS

старожил
Один порядок, Варбан.
v = sqrt [2eU/m]
Уд. импульс - это теоретически скорость истечения и есть... если все продукты летят с одной скоростью в одном направлении.
А расход рабочего тела в ЭРД пропорционален открытию клапана подачи, если блок питания справляется...

Ксенон выбран по ряду причин, в том числе практическим. Например, вневекторный выхлоп не конденсируется на солнечных панелях и оптике.
Есть и более тонкие вещи, например, стабильность "пламени". Не знаю, как там профи выхлоп ЭРД зовут...

А скорость на выходе у ЭРД - 15...34 км/с. Так себе.
Тяга на летавших - до 100 гс (Вэйд накололся, пишет - кгс).
Экспериментальные есть всякие, до нескольких кгс.
 

LBS

старожил
Да! Про водород как рабочее тело.
А какова там у него энергия ионизации? Самая большая, какая бывает.
Видел кто-нибудь девайс с "сухой" водородной плазмой?
То-то.
А вот если бы был способ "мокрую" плазму сушить...
То есть из жидкости протоны извлекать в промышленных количествах...
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
Импульс-то удельный, друзья! Т.е. тяга на массу делится. А масса у ксенона в 130 раз больше, чем у водорода атомарного (или иона водорода, он же протон). Т.е. - два порядка - долой!
Memento Ы

Вернее, memento

spiritus Ы!
Полагаю, вопрос исчерпан;)

[Редактировалось varban (06-09-2000 в 21:39).]
 
+
-
edit
 

TheFreak

старожил

Да, вы правы, я неправ. Дествительно, важен импульс на единицу массы, в не на ион.

Я тут более серьезно подошел к делу, и оказывается не так уж и легко ионизовать Xe. Наоборот, инертные газы самые трудные для ионизации вещества. Потому они собственно и инертные, что внешние электроны связаны... Легче всего ионизовать первую колонку таблицы Менделеева начиная с Li: K, Na,... Cs - легче всего.
Кстати энергия ионизации водорода почти такая же как у Xe. Самая большая у He.:)
Так почему же выбрали Xe, а не Li, K,...? Они же легче. Да и энергия ионизации почти в 3 раза меньше. Да и расплавить и испарить их легко.
Ок, пусть инертные газы лучше, но тогда почему не Ar или Kr? Легче, а ионизация почти одинакова. Ar или Kr тоже не будут конденсироваться на панелях и оптике.
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
2LBS - согласен с порядками, а с остальным - TheFreak прав - у водорода - средненькая энергия ионизации. И про гелий - если такая штука He2+ существовала бы, это был бы окислитель, сильнее фтора.
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
>Видел кто-нибудь девайс с "сухой" водородной плазмой?

Да мало ли что мы (в смысле - весь мир) не видели! Живем же в эпоху первоначального накопления - то ли еще будет! Другое дело - скоро ли. А ионизировать всего можно, это технически выполнимая задача - любой масспектрометр это делает. Но с количествами - плохо дело!
И все-таки мне кажется, что электромотор не имеет большое будущее - помните, мы уже обсуждали это в славных атомных ракетных топиках.
 

LBS

старожил
2varnban
Думаю, что из вакуумных моторов именно ионные найдут самое широкое применение в ближайшем будущем. Терморазгон атомов, как в хим. моторах - это как-то непрактично... слишком косвенно. А ключевой параметр заатмосферного мотора - скорость истечения, а не тяга.

По поводу ионизации... вероятность ионизации пролетающим e для водорода и Xe - порядка на 4 отличается, да? Или больше?
А для больших атомов, к тому же, внутренние оболочки оказывают странный экранирующий эффект на заряд ядра, так что энергия ионизации может довольно странные кривые выписывать.
Весь мой опыт говорит, что Xe прекрасно ионизируется на 1 и 2 e.

А так, на чём только ЭРД не делали. Cs любим в европе для интегральных управляющих микродвигателей. С Hg все поначалу эксперементировали, но завязали по соображениям ТБ.

 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
О, не спорю - в ближайшем будущем - да. Но в перспективе...

А ты эл. энергию как собираешься получать - не через тепло ли?

По поводу ионизации - надо масспекртоскопическую литературу поднимать. Там у меня все разжевано. Я же к газ-массу не притрагивался давно - тогда все это назубок знал, как IP машин в сетке;(

[Редактировалось varban (08-09-2000 в 00:45).]
 
+
-
edit
 

BACKFIRE

новичок
2 Varban

>>И про гелий - если такая штука He2+ существовала бы, это был бы окислитель, сильнее фтора.

Это же альфа-частица типичная. Или что-то не так ?
 
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
Нет, альфа частица - это голое ядро гелия.
А тут речь идет о молекулярном ионе - система две ядра и три электрона.
Но такая штука встречается преимущественно на экзаменах по физхимии;))
 
+
-
edit
 

BACKFIRE

новичок
Да, все так, прошу прощения. Просто автоматом подумал про дважды ионизированный атом.
 
+
-
edit
 

TheFreak

старожил

Что касается ионизации, благородные - самые неудобные атомы. Это справедливо и для первичной, и для вторичной ионизации. Если нужно иметь хорошую вторичную ионизацию, надо брать вторую колонку таблицы М. График энергий ионизаций можно посмотреть здесь: WebElements Periodic Table of the Elements | Periodicity | List of properties

Я, честно говоря, так и не увидел ответа почему используется самый тяжелый стабильный газ (при н.у.). Тяжелее только Rn, но у него период полураспада 3-4 дня.
Может его хранить легче? Т. кипения Хе 165 К. У Kr 120К.
Но мне кажется, что ответ в другом. Далее сплошное ИМХО. Я не согласен с Варбаном, что узкое место в ЭРД - ионизация, вернее не совсем согласен. Самое главное неудобство в том, что плазма экранирует эл.маг. поле, и чем плотнее (в терминах концентрации частиц, а не в терминах массы) плазма тем сильнее экранирует. Именно поэтому ЭРД не имеют высокой тяги, плазма должна быть разреженной, отсюда и расход вещества маленький. С плотной плазмой ЭРД просто не сможет работать. Вот наверно и пошли на компромис: увеличили массовый расход вещества без увеличения плотности плазмы используя тяжелые ионы, т.е. увеличили тягу, но за счет ухудшения эффективности, т.е. удельного импульса.

А что касается будущего, то считаю именно за ЭРД и будущее. Принципиально, они самые лучшие из работающих на реактивном принципе. Как я еще давно писал, в принципе возможно при помощи одного протона разогнаться до сколь угодно близких к С скоростей.
 

Anika

координатор
★★☆
Добрый вечер!
Я тут посмотрел в литературе и нашел:
- В пользу водорода, насчет сложности с ионизацией. Оказывается, давно известен ионный источник, ионизирующий _что_попало_ с эффективностью до 95%. Звать его дуоплазмотрон. Разброс энергий ионов у него большой, но для движка это, ИМХО, неважно.
- В пользу ксенона. Плотность жидкого - 3.06 против 0.07 у водорода. И Ткип: 167К против 20. Выигрыш в размерах и весе бака очевиден. Криоаппаратура тоже проще и легче. Может это перекрыть проигрыш по удельному импульсу, как считаете?
С уважением
Когда говорит масло - пушки молчат. А голос пушек - это голос Муз. (c)Ю.Шерман  
+
-
edit
 

varban

администратор
★★★★
Да наверное, так и есть - и с плотностью у Xe получше, и хранить легче, и, конечно же, TheFreak прав по экранированию. Есть еще одна причина - см. офтопичок отквоченный:
quote:
Системы ионизации в масспектрометрах, которые я знаю, тоже все подряд ионизируют, но для них смерти подобно ухудшение вакуума. Именно тогда (при большом напуске), кроме всего прочего, выход ионов валится. А для колличественных работ выход ионов должен быть 100%
 
И конечно же, плотность, импульс и эффективность взаимосвязанные вещи - ведь те же РДТТ с импульсом 2500...2600 m/s и с плотностью 1.7...1.8 на практике такие же эффективные, как кислородо-керосиновые движки с импульсом 3000 и выше и с плотностью менее 1.
Но, соглашаясь с TheFreak'ом, хочу напомнить и свою тезу - как движок электромотор эффективный, а питание?
Кластеризация - хорошее решение, но все равно электричество нужно, и взять его, кроме как у реактора, пока не светить. Вот найдется другой способ получения - пожалуйста.
 
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 

TheFreak

старожил

Я тут подумал, какова бы не была причина использования тяжелых ионов, но явно конструкторы пожертвовали удельным импульсом. Вообще, по-моему это тенденция. Если, например, взять массу топлива/рабочего тела << полезной нагрузки, то удельный импульс уже не важен. Отходим мы постепенно от духа Ц.
 

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки






Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru
АвиаТОП
 
Яндекс.Метрика
website counter
 
free counters