Ионный двигатель, перспективы и развитие

Тема в разделе "Точные науки", создана пользователем Legat, 28 сен 2007.

  1. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 28 сен 2007
    Ионный двигатель — разновидность электрического ракетного двигателя. Его рабочим телом является ионизированный газ(цезий).
    Принцип действия

    Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (выше 200 км/с по сравнению с 3—4.5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа, по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии. Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка десятых долей Ньютона). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, находясь в открытом космосе, при достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

    В существующих реализациях для поддержки работы двигателя используются солнечные батареи. Но для работы в дальнем космосе такой способ неприемлем. Поэтому в будущем для этих целей планируется использование ядерных установок.

    История

    Принцип ионного двигателя довольно давно известен и широко и давно представлен в фантастической литературе, а также кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время.

    В 1960 году был построен первый функционирующий широко-лучевой (broad-beam) ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 году — первая успешная суборбитальная демонстрация ионного двигателя (SERT I) тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе. В 1970 году — испытание на длительную работу ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 70-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР в качестве навигационных двигателей (двигатели SPT—60 использовались в 70-х годах на «Метеорах», SPT—70 на спутниках «Космос»
    и «Луч» в 80-х, SPT-100 в ряде спутников в 90-х). В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя 10 ноября 1998). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003.

    Следующим аппаратом НАСА, обладающим маршевыми ионными двигателями, должна стать АМС Dawn, старт которой планируется на 20 июня 2007 года. Dawn предназначался для изучения Весты и Цереры, и должен был нести три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1. В марте 2006 года миссия была отменена, и, спустя несколько недель, вновь возобновлена.


    Перспективы

    ЕКА планирует использовать ионный двигатель в меркурианской миссии BepiColombo. Он будут базироваться на двигателе, установленным на Смарт-1, но более мощным (запуск намечен на 2011—2012).

    НАСА ведёт проект «Прометей», для которого разрабатывается мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагается, что такие двигатели в количестве восьми штук смогут разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».
    Ионный двигатель.wmv 27.95 Мб [16-19]
     
    #1
  2. Silver Horse

    Silver Horse Ословед

    Репутация:
    3.446
    Silver Horse, 28 сен 2007
    По спутниковым снимкам - нет, а вот в виде "планетария" на компе - Stellarium, Celestia (любительские), ну и профессиональный мощнейший RedShift с кучей фишек. Третью версию могу выложить, включает в себя программу, астрокаталог на базе SIMBAD, немного мультимедиа. Первые две проги есть в Осле, выкладывал Walter. ;)

    зы: У кого есть пятая (или шестая бета, если уже вышла) версия последнего чуда техники? :( Выпускается на DVD, желательно русскую версию.
     
    #2
  3. Silver Horse

    Silver Horse Ословед

    Репутация:
    3.446
    Silver Horse, 29 сен 2007
    Ну, как астрофизик-дилетант, я тут много чего могу сказать... только завтра.;)
     
    #3
  4. Sonic

    Sonic Guest

    Репутация:
    0
    Sonic, 29 сен 2007
    А всякий там космический мусор и другая дрянь уже 5 млдр лет круги наматывает :)
    А какого радиуса круг?

    Если не найдешь ничего могу выложить 4 английскую. (Слегка русифицируется, если поставить на 3 русскую):)
     
    #4
  5. Штурман

    Штурман Guest

    Репутация:
    0
    Штурман, 29 сен 2007
    Бугагага... неправда.

    Неправда

    :blink:... сам придумал? Опят ерунду написал.

    А потом он сломается что ли?... и как ты рассчитал время полета не знаю скорость корабля?... она вообще зависит от способа вывода, времени полета на ионном двигателе и тд. Или ты привел исторический пример?... тогда опять давай ссылку.

    Что есть быстрый?... может ты хотел сказать мощный

    Что за мощь?... у двигателей нет такой характеристики.
     
    #5
  6. ДядяФёдор

    ДядяФёдор

    Репутация:
    -8.248.058
    ДядяФёдор, 29 сен 2007
    :megalol:
    Ионно-реактивные двигатели изобретены в СССР, впервые испытаны в 1964г на спутниках Полет-1 и 2.
    По принципу и особенностям вы почти правильно изложили, хоть и со смешными(для понимающих) ошибками.
    Состояние разработки в Росссии сейчас такое, что при наличии финансирования хоть сейчас можно на орбите начинать сборку из батареи в несколько десятков таких движков, солнечных батарей для питания, цеплять кабину - аналог МКС и лететь к Марсу и обратно. Причем система может быть многоразовой.
    http://www.nkj.ru/archive/articles/11014/
    Хотите подробности - забейте слова в поисковик.
     
    #6
  7. HATR

    HATR Guest

    Репутация:
    0
    HATR, 29 сен 2007
    выложи пожалуста RedShift с кучей фишек?
     
    #7
  8. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 29 сен 2007
    Ммм, благодарю за критику, я даже не ожидал, что ещё ктото этим интерисуется:)
    Новая инфа, теперь офицальная:)
    Ионный двигатель — разновидность электрического ракетного двигателя. Его рабочим телом является ионизированный газ(цезий).
    Принцип действия

    Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (выше 200 км/с по сравнению с 3—4.5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа, по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии. Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка десятых долей Ньютона). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, находясь в открытом космосе, при достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

    В существующих реализациях для поддержки работы двигателя используются солнечные батареи. Но для работы в дальнем космосе такой способ неприемлем. Поэтому в будущем для этих целей планируется использование ядерных установок.

    История

    Принцип ионного двигателя довольно давно известен и широко и давно представлен в фантастической литературе, а также кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время.

    В 1960 году был построен первый функционирующий широко-лучевой (broad-beam) ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 году — первая успешная суборбитальная демонстрация ионного двигателя (SERT I) тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе. В 1970 году — испытание на длительную работу ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 70-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР в качестве навигационных двигателей (двигатели SPT—60 использовались в 70-х годах на «Метеорах», SPT—70 на спутниках «Космос» и «Луч» в 80-х, SPT-100 в ряде спутников в 90-х). В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя 10 ноября 1998). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003.

    Следующим аппаратом НАСА, обладающим маршевыми ионными двигателями, должна стать АМС Dawn, старт которой планируется на 20 июня 2007 года. Dawn предназначался для изучения Весты и Цереры, и должен был нести три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1. В марте 2006 года миссия была отменена, и, спустя несколько недель, вновь возобновлена.


    Перспективы

    ЕКА планирует использовать ионный двигатель в меркурианской миссии BepiColombo. Он будут базироваться на двигателе, установленным на Смарт-1, но более мощным (запуск намечен на 2011—2012).

    НАСА ведёт проект «Прометей», для которого разрабатывается мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагается, что такие двигатели в количестве восьми штук смогут разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей».
     
    #8
  9. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 29 сен 2007
    Зонд Smart-1, принадлежащий Европейскому космическому агентству (ESA), продолжает выполнять начатую месяц назад научную программу. Основной особенностью экспериментального аппарата Smart-1, запущенного в сентябре 2003 года для изучения структуры поверхности Луны, является наличие ионного двигателя. В таком двигателе, в отличие от традиционных ракет на химическом топливе, вместо двух реагентов применяется только один - инертный газ ксенон. При использовании одинакового объема топлива ионные двигатели способны работать гораздо дольше традиционных реактивных двигателей. Однако за эту экономию приходится "расплачиваться" очень малой тягой, составляющей всего 70 мН. Энергию для ионизации ксенона в аппарате Smart-1 поставляют солнечные батареи. Ионы ускоряются магнитным полем и затем "выпускаются" через сопла, создавая движущую силу. Аппарат Smart-1 весит всего 370 кг, а его полет до Луны занял больше четырнадцати месяцев. При этом Smart-1 стал первым космическим зондом, на практике доказавшим эффективность ионного двигателя.
     
    #9
  10. Silver Horse

    Silver Horse Ословед

    Репутация:
    3.446
    Silver Horse, 29 сен 2007
    Ну, вот... из-за неработающей сети я опоздал с комментами... все уже сказано. :(:(:(

    Как обещал: RedShift 3.nrg 635.26 Мб [208-211]

    Разумеется, прога уже не считается мощной, ибо была выпущена в кхм..том году, но фишек много: расчет эфемерид, удаления, условий видимости, затмений, парадов планет, наблюдение с любого объекта Солнечной системы, встроенные астрокаталоги, от древнегреческих до каталога BCS - основа Интернет-базы SIMBAD, новости онлайн, большой справочник, медиа-туры, коллекция астрофотографий.... ну, и так далее.

    зы: За четвертую версию буду очень благодарен. Пятую, похоже, просить бессмысленно, ибо никто не захочет качать файл в несколько гигов.
    ззы: Предлагаю выкладывать тут инфу по разным астрономическим проектам и разработкам. ;) Все равно тема уже задана.
     
    #10
  11. Sonic

    Sonic Guest

    Репутация:
    0
    Sonic, 29 сен 2007
    Red Shift 4 (Eng). Можно частично русифицировать 3 версией.
    RS4-Disc1.mds 486 байт [136-139]
    RS4-Disc1.mdf 496.98 Мб [136-139]
    RedShift4-Disc2.mds 486 байт [136-139]
    RedShift4-Disc2.mdf 701.05 Мб [136-139]
    И все же хотелось бы по подробней о принципе действия: конкретно интересуют Метод генерации электронов, способ нейтрализации всего двигателя, масса газа (который бомбят), ну все остальное тоже.
     
    #11
  12. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 29 сен 2007
    Счас, выложу видео, про ионный двигатель, там всё показанно, а завтро наверно есчё чёнить вкусненькое:)
     
    #12
  13. Silver Horse

    Silver Horse Ословед

    Репутация:
    3.446
    Silver Horse, 29 сен 2007
    Ну, чуть-чуть не в тему, но тоже о космических технологиях: Discovery - НЛО (DVDrip by MarchingCat).avi 350.20 Мб [208-211]
    Очень рекомендую посмотреть, рассказывается о разработках новых летательных аппаратов, в конце - об объектах с лазерным стартом.
     
    #13
  14. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 29 сен 2007
    Можно добавить
    Космос BBC 4.avi 648.17 Мб [16-19]
    BBC. Космос. Часть 3. Жизнь [Space. Part 3. Destiny.wmv 228.78 Мб [16-19]
    BBC. Космос. Часть 1. Жизнь [Space. Part 1. Life].wmv 217.74 Мб [16-19]
    Bbc Космос 2 - Выживание.avi 587.07 Мб [16-19]
     
    #14
  15. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 30 сен 2007
    Европейское космическое агентство (European Space Agency) и Австралийский национальный университет (Australian National University) успешно провели испытания нового поколения космических ионных двигателей, достигнув рекордных показателей.


    Двигатели, в которых заряженные частицы ускоряются в электрическом поле — давно известны. Они применяются для ориентации, коррекции орбиты на некоторых спутниках и межпланетных аппаратах, а в ряде космических проектов (как уже осуществившихся, так и только задуманных — читайте тут, тут и тут) — даже в качестве маршевых.


    С ними специалисты связывают дальнейшее освоение Солнечной системы. И хотя все разновидности так называемых электроракетных двигателей сильно уступают химическим в максимальной тяге (граммы против килограммов и тонн), зато кардинально превосходят их в экономичности (расходе топлива на каждый грамм тяги за секунду). А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи.


    Так вот, в опытном двигателе, названном "Двухступенчатый с четырьмя решётками" (Dual-Stage 4-Grid — DS4G), построенном по контракту ESA в Австралии, скорость эта достигла рекордных 210 километров в секунду.


    Это, к примеру, раз в 60 выше, чем скорость выхлопа у хороших химических двигателей, и в 4-10 раз больше, чем у прежних "ионников".


    Как ясно из названия разработки, такая скорость достигнута двухступенчатым процессом разгона ионов при помощи четырёх последовательных решёток (вместо традиционных одной стадии и трёх решёток), а также высоким напряжением — 30 киловольт. Кроме того, расхождение выходного реактивного пучка составило всего 3 градуса, против примерно 15 градусов — у прежних систем.


    Данный образец DS4G ещё не готов лететь в космос, но двигатели, созданные на его основе, позволят в будущем автоматическим аппаратам летать (и активно маневрировать) по всей Солнечной системе, используя необычайно малый запас топлива, что позволило авторам этого устройства обозвать его даже "ультраионным двигателем".
     
    #15
  16. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 30 сен 2007
    Недавно в Лаборатории реактивного движения (JPL) космического агентства NASA был выключен ионный двигатель, который проработал в вакуумной камере в общей сложности 30'352 часа, что составляет почти 3,5 года. Это - рекорд. Но в самой камере на испытательном стенде он находился дольше - почти 5 лет. При этом никаких поломок с ним не случалось. Что подтверждает надежность таких двигателей и хорошие перспективы их использования на автоматических зондах, отправляющихся в дальние космические путешествия. В качестве топлива в этом двигателе используется газ ксенон.



    Ионный двигатель, работавший в JPL, был сделан в качестве дубликата для двигателя, который был установлен на зонде Deep Space 1, который отправился в космос в октябре 1998 г., а сейчас он, выполнив всю основную программу, направляется к комете Боррелли. Двигатель самого зонда проработал в космосе 16'265 часов, а двигатель, установленный в JPL, включили незадолго до запуска Deep Space 1, чтобы проверить его работу при разных режимах. Изначально он был рассчитан на 8000 часов работы, но он легко преодолел этот рубеж. И хотя он так и не сломался, тем не менее, было решено прекратить испытания, так как стенд нужен для проведения испытаний отдельных компонентов ионных двигателей в интересах других проектов NASA, в частности для предстоящей миссии зонда Dawn, который в 2006 году должен отправиться к двум крупным астероидам - Весте и Церере.
     
    #16
  17. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 30 сен 2007
    #17
  18. ИНЦЕСТ

    ИНЦЕСТ Guest

    Репутация:
    0
    ИНЦЕСТ, 30 сен 2007
    можно глупыи вопрос?а каково КПД сего устроиства?и ваще хотяб примерно как это дело устроено?есть такая инфа?и какая температура вылетевшего образования сзади?????
     
    #18
  19. Turok

    Turok Ословед

    Репутация:
    425
    Turok, 1 окт 2007
    Ещё интересует, какая тяга у этого двигателя? Я слышал, что она у них оченеь маленькая и разгоняются косм. аппараты с ионными двигателями очень медленно. Но при длительном использовании можно достичь гораздо больших скоростей, чем с помощью ракетных двигателей.
     
    #19
  20. Legat

    Legat Ословед

    Репутация:
    9.961
    Legat, 1 окт 2007
    Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка десятых долей Ньютона). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, находясь в открытом космосе, при достаточно долгой работе двигателя есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.
     
    #20
Загрузка...