Silnik jonowy - zasada działania, historia i perspektywy. Ciąg odrzutowy, czyli jak działa jonowy silnik odrzutowy

Główny problem w eksploracji kosmosu jest niezwykle niskie prędkości w samolotach opracowanych przez ludzkość. Nowoczesne rozwiązania mają również ogromne zużycie paliwa. Tak więc, jeśli zbudujesz rakietę i wystrzelisz ją na przykład na Marsa iz powrotem, statek będzie po prostu ogromny. A większość zajmie paliwo. W przybliżeniu do lądowania na Marsie potrzeba ponad miliarda ton wysokiej jakości paliwo rakietowe... Na szczęście tak nowoczesny rozwój naukowców jak silnik jonowy będzie w stanie rozwiązać ten problem w niedalekiej przyszłości. Teoretycznie może przyspieszyć do dwustu kilometrów na sekundę. Głównymi zaletami są ogromne rozwinięte prędkości i niewielki zapas paliwa. Jednostka taka jak silnik jonowy wymaga do działania tylko energii elektrycznej i gazu obojętnego. Ma jednak również pewne wady, na przykład słabą prędkość przyspieszania. To skłania do myślenia o wielu problemach związanych z użytkowaniem silnika w obecności pól grawitacyjnych.

Silnik jonowy: zasada działania

Dzięki wysokiemu napięciu gaz jest jonizowany w specjalnej komorze. W rezultacie jony gazu zaczynają być wyrzucane z komory i tworzą ciąg. Ponieważ jednak jest to reakcja łańcuchowa, a ciąg rośnie bardzo powoli i stopniowo, przyspieszenie do dwustu kilometrów na sekundę zajmie około sześciu miesięcy. Hamowanie zajmuje mniej więcej tyle samo czasu. Z drugiej strony obiektywnie są to liczby bardzo małe w porównaniu z nowoczesnymi silnikami kosmicznymi, które musiałyby poświęcić dwadzieścia razy więcej czasu, aby osiągnąć wyniki podobnej jakości. Co więcej, gaz obojętny zajmuje setki razy mniej miejsca niż paliwo rakietowe. Jedynym problemem, który jest trudny do rozwiązania, jest dostępność energii elektrycznej. Panele słoneczne po prostu nie wystarczą do uruchomienia urządzeń takich jak silniki jonowe, więc prawdopodobnie reaktor jądrowy.

Kolejną wadą jest niska zwrotność. Również głównym problemem jest problem z grawitacją. Gdy silnik znajdzie się w polu Ziemi, po prostu nie będzie działać. Z drugiej strony w warunkach otwartej przestrzeni nie ma analogów takiego urządzenia jak silnik jonowy.

Trochę historii i perspektywy

W literaturze science fiction takie urządzenia spotykano dość często. Jednak dopiero w 1960 roku własnymi rękami (a raczej rękami naukowców NASA) stworzono silnik jonowy. Nazywano to urządzeniem elektrostatycznym o szerokiej wiązce. Już na początku lat siedemdziesiątych w kosmosie testowano rtęciowe silniki elektrostatyczne.

Pod koniec lat siedemdziesiątych generatory efektu Halla były używane w Związku Radzieckim. Jako główny silnik jon został użyty w amerykańskim statku kosmicznym w 1998 roku. Po nim nastąpiła europejska sonda, japońska statek kosmiczny w 2003. Dziś NASA rozwija słynny projekt o nazwie Prometheus. Dla niego konstruowany jest supermocny silnik jonowy, który jest zasilany przez reaktor jądrowy.

Kosmiczne silniki przyszłości

Budowa silnika jonowego

Nadal rozmawiamy o rodzaje silników.

Problem ruchu w kosmosie boryka się z ludzkością od początku lotów orbitalnych. Rakieta startująca z ziemi zużywa prawie całe paliwo, plus ładunki akceleratorów i stopni. A jeśli rakietę nadal można oderwać od ziemi, napełniając ją ogromną ilością paliwa w kosmodromie, to po prostu nie ma nigdzie i nic do tankowania na otwartej przestrzeni. Ale po wejściu na orbitę musisz iść dalej. I nie ma paliwa.

I to jest główny problem współczesnej astronautyki. Wciąż możliwe jest wyrzucanie na orbitę statku kosmicznego z zapasem paliwa do Księżyca, zgodnie z tą teorią planuje się stworzenie na Księżycu bazy paliwowej dla statków kosmicznych „dalekiego zasięgu”, lecących np. na Marsa. Ale to wszystko jest zbyt skomplikowane.

A rozwiązanie problemu powstało bardzo dawno temu, w 1955 roku, kiedy Aleksiej Iwanowicz Morozow opublikował artykuł „O przyspieszeniu plazmy przez pole magnetyczne”. W nim opisał koncepcję całkowicie nowego silnika kosmicznego.

Urządzenie z silnikiem plazmowym jonowym

Zasada działania silnik plazmowy polega na tym, że płyn roboczy nie jest paliwem palnym, jak w przypadku, lecz strumieniem jonów rozpędzanych przez pole magnetyczne do szalonych prędkości.

Źródłem jonów jest gaz, najczęściej argon lub wodór, zbiornik gazu znajduje się na samym początku silnika, stamtąd gaz podawany jest do komory jonizacyjnej, uzyskuje się zimną plazmę, która jest podgrzewana w kolejnym przedziale za pomocą jonowego cyklotronowego ogrzewania rezonansowego. Po podgrzaniu wysokoenergetyczna plazma jest podawana do dyszy magnetycznej, gdzie za pomocą pola magnetycznego formowana jest w strumień, przyspieszana i wyrzucana do wnętrza środowisko... W ten sposób uzyskuje się przyczepność.

Od tego czasu silniki plazmowe minęły Wielka droga i zostały podzielone na kilka głównych typów, są to silniki elektrotermiczne, silniki elektrostatyczne, silniki wysokoprądowe lub magnetodynamiczne oraz silniki impulsowe.

Z kolei silniki elektrostatyczne dzielą się na jonowe i plazmowe (akceleratory cząstek na quasi-neutralnej plazmie).

W tym artykule napiszemy o nowoczesności silniki jonowe i oni obiecujące zmiany, ponieważ naszym zdaniem należy do nich przyszłość floty kosmicznej.

Silnik jonowy wykorzystuje jako paliwo ksenon lub rtęć. Pierwszy pędnik jonowy nazwano elektrostatycznym pędnikiem jonowym.

Zasada jego działania jest następująca:

Jonizator jest zasilany ksenon, który sam w sobie jest obojętny, ale jest zjonizowany podczas bombardowania elektronami o wysokiej energii. W ten sposób w komorze powstaje mieszanina jonów dodatnich i elektronów ujemnych. Aby „przefiltrować” elektrony, do komory wprowadzana jest rurka z siatkami katodowymi, która przyciąga do siebie elektrony.

Jony dodatnie są przyciągane do systemu ekstrakcji, który składa się z 2 lub 3 siatek. Obsługiwane między siatkami duża różnica potencjały elektrostatyczne (+1090 woltów na wewnętrznym w porównaniu - 225 na zewnętrznym). W wyniku uderzenia jonów między siatkami są one przyspieszane i wyrzucane w przestrzeń, przyspieszając statek, zgodnie z trzecim prawem Newtona.

Rosyjskie silniki jonowe. Wszystkie wyraźnie pokazują rury katodowe skierowane w stronę dyszy.

Elektrony uwięzione w rurze katodowej są wyrzucane z silnika pod niewielkim kątem do dyszy i przepływu jonów. Dzieje się tak z dwóch powodów:

Po pierwsze, aby kadłub statku pozostał neutralnie naładowany, a po drugie, aby jony „neutralizowane” w ten sposób nie były przyciągane z powrotem do statku.

Aby silnik jonowy działał, potrzebne są tylko dwie rzeczy - gaz i prąd. Z pierwszym, wszystko jest w porządku, silnik amerykańskiego pojazdu międzyplanetarnego Dawn, który został uruchomiony jesienią 2007 roku, przez prawie 6 lat będzie potrzebował do lotu tylko 425 kilogramów ksenonu. Dla porównania, dostosowanie orbity ISS za pomocą konwencjonalnych silników rakietowych zużywa 7,5 tony paliwa rocznie.

Jedno jest złe - silniki jonowe mają bardzo niski ciąg, rzędu 50-100 milinewtonów, co jest absolutnie niewystarczające do poruszania się w ziemskiej atmosferze. Ale w kosmosie, gdzie praktycznie nie ma oporu, silnik jonowy może osiągnąć znaczne prędkości podczas długotrwałego przyspieszania. Całkowity wzrost prędkości przez cały czas trwania misji Dawn wyniesie około 10 kilometrów na sekundę.

Test napędu jonowego w przestrzeni kosmicznej

Ostatnie przeprowadzone testy Firma amerykańska Rakieta Ad Astra, przeprowadzona w komorze próżniowej, wykazała, że ​​ich nowa rakieta o zmiennej swoistej magnetoplazmie impulsowej VASIMR VX-200 może zapewnić ciąg 5 niutonów.

Druga sprawa to elektryczność. Ten sam VX-200 zużywa 201 kW mocy. Panele słoneczne po prostu nie wystarczą dla takiego silnika. Dlatego konieczne jest wymyślanie nowych sposobów pozyskiwania energii w kosmosie. Są tu dwa sposoby – zatankowane akumulatory, takie jak tryt, które wraz ze statkiem umieszczane są na orbicie, lub autonomiczny reaktor jądrowy, który będzie zasilał statek przez cały lot.

W drugim przypadku, w warunkach kosmosu i jego niskich temperaturach, ciekawiej wygląda projekt statku z reaktorem termojądrowym na pokładzie, ale na razie NASA rozwija tylko reaktor jądrowy.

Badania te są realizowane w ramach projektu Prometheus. NASA planuje wystrzelić sondę nuklearną do Układu Słonecznego, wyposażoną w potężne silniki jonowe zasilane przez pokładowy reaktor jądrowy.

Wreszcie wideo z testów silnik jonowy VX-200.

Grupa wynalazków dotyczy silnika jonowego (ID) do statku kosmicznego oraz sposobu jego działania. ID (1) zawiera komorę jonizacyjną (2) z generatorem (4) wysokiej częstotliwości jonizującego pola elektromagnetycznego. Układ (7) do przyspieszania nośników ładunku posiada kraty przesiewowe (8) i przyspieszające (9). ID wyposażony jest w neutralizator (14). Wysokie napięcia dla układu (7) i ewentualnie neutralizatora (14) uzyskuje się za pomocą pierwszego środka (12), który pobiera te napięcia z obwodu generatora (4). Moc wysokiej częstotliwości może być pobierana za pomocą kondensatorów lub cewek. Mogą być przewidziane środki (22) i (23) do prostowania i wygładzania naprężeń. Wynik techniczny grupa wynalazków to stworzenie prostszego konstrukcyjnie i tańszego silnika jonowego, którego działanie zapewnia niezawodność i minimalne koszty dla kierownictwa. 2 rz. i 10 c.p. mucha, 1 dwg

Wynalazek dotyczy silnika jonowego do statku kosmicznego, zawierającego generator wysokiej częstotliwości do generowania zmiennego pola elektromagnetycznego wykorzystywanego do jonizacji paliwa oraz odpowiedni system do przyspieszania jonów.

Podróże kosmiczne coraz częściej wykorzystują elektryczne systemy napędowe do napędzania satelitów lub sond kosmicznych po ich oddzieleniu od rakiety nośnej. Elektryczne układy napędowe są wykorzystywane w szczególności do korygowania orbity geostacjonarnych satelitów komunikacyjnych (tzw. utrzymywanie na orbicie). W tym celu stosuje się przede wszystkim jonowe układy napędowe i plazmowe układy napędowe SPT. Oba typy wytwarzają ciąg przez wyrzucanie przyspieszonych jonów. Aby zapobiec ładowaniu satelity, emitowany strumień jonów jest neutralizowany. Zwykle potrzebne do tego elektrony są dostarczane przez oddzielne źródło elektronów i są wprowadzane do strumienia jonów za pomocą sprzężenia plazmowego.

W systemach napędu jonowego z napędem jonowym o częstotliwości radiowej (RIT) paliwo jest jonizowane przez zmienne pole elektromagnetyczne, a następnie przyspieszane przez pole elektrostatyczne w celu wytworzenia ciągu. Po przejściu przez neutralizator, który ponownie dodaje elektrony do wiązki jonów i kompensuje wytworzony dodatni ładunek przestrzenny, cząstki są wyrzucane w postaci wiązki. Działanie takiego silnika jonowego wymaga zasilania gazem, generatora wysokiej częstotliwości do wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego oraz źródeł wysokiego napięcia do wytworzenia pola, które przyspiesza nośniki ładunku. W konwencjonalnych systemach siatek, aby wytworzyć pole elektrostatyczne przyspieszające jony, konieczne jest skoordynowanie napięć generatora wysokiego napięcia i systemu siatek w celu wytworzenia ciągu. Neutralizator wymaga również co najmniej jednego źródła napięcia, aby zneutralizować wiązkę jonów dodatnich elektronami ze źródła elektronów.

Silnik jonowy jest prosty w konstrukcji i wysoka niezawodność... Jednak elementy elektroniczne wymagane do zasilania opisanych zespołów są złożone i drogie.

Dlatego celem niniejszego wynalazku jest opracowanie silnika jonowego do statku kosmicznego, w szczególności układu napędowego RIT, który byłby konstrukcyjnie prostszy i tańszy w produkcji. Ponadto celem niniejszego wynalazku jest zapewnienie sposobu działania silnika jonowego, w szczególności układu napędowego RIT, za pomocą którego można zwiększyć niezawodność działania i zminimalizować koszty sterowania.

Problem ten rozwiązuje się za pomocą silnika jonowego, opisanego w zastrzeżeniu 1 wzoru, oraz odpowiedniego sposobu działania silnika jonowego. Preferowane projekty wynikają z klauzul zależnych.

Przedmiotem wynalazku jest silnik jonowy do statku kosmicznego, który zawiera generator wysokiej częstotliwości do generowania zmiennego pola elektromagnetycznego wykorzystywanego do jonizacji paliwa, głównie gazu, oraz odpowiedni system do przyspieszania powstałych nośników ładunku. Wynalazek charakteryzuje się tym, że silnik jonowy zawiera pierwszy środek do uzyskiwania wysokich napięć wymaganych dla układu przyspieszania nośników ładunku z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości w celu wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego.

Wynalazczy jonowy ster strumieniowy jest systemem napędu jonowego z jonizacją o wysokiej częstotliwości, głównie częstotliwości radiowej (Radio Frequency Ion Thruster, RIT). Jako paliwo stosuje się przede wszystkim gaz, taki jak ksenon. Popychacz jonowy według wynalazku ma tę zaletę, że poprzez uproszczenie systemu zasilania, ciężar popychacza jonowego może być zmniejszony w porównaniu z konwencjonalnymi popychaczami jonowymi. Jednocześnie wzrasta niezawodność działania i minimalizowane są koszty zarządzania.

W jednym przykładzie wykonania system przyspieszania nośnika zawiera pierwszą siatkę, w szczególności siatkę ekranującą i co najmniej jedną drugą siatkę, w szczególności siatkę przyspieszającą. Jeżeli system sieci ma więcej niż dwie powyższe sieci, to wysokie napięcie wymagane dla dodatkowych sieci uzyskuje się za pomocą pierwszego środka z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości.

W pierwszym przykładzie wykonania pierwsze środki do ekstrakcji części mocy generowanej przez generator wysokiej częstotliwości obejmują co najmniej jeden kondensator podłączony do generatora wysokiej częstotliwości.

V alternatywna opcja W konstruktywnym przykładzie wykonania pierwsze środki do wybierania części mocy generowanej przez generator wysokiej częstotliwości obejmują co najmniej jedną cewkę sprzęgającą połączoną z generatorem wysokiej częstotliwości, na której zaciskach cewki występują napięcia wymagane dla układu przyspieszania, w szczególności system kratowy. W szczególności co najmniej jedna cewka sprzęgająca jest wykonana w postaci uzwojenia wtórnego transformatora, które jest połączone z cewką generatora wysokiej częstotliwości jako uzwojenie pierwotne transformatora.

Transformator wysokiego napięcia, zaprojektowany z możliwością integracji z systemem wysokiej częstotliwości, dostarcza na wyjściu napięcie dla układu przyspieszającego. Można również przewidzieć, że co najmniej jedna cewka sprzęgająca ma odczep lub kilka odczepów galwanicznie odizolowanych od cewki generatora wysokiej częstotliwości.

Opcjonalnie, drugi środek może być zapewniony do prostowania napięć pobieranych z generatora wysokiej częstotliwości dla systemu przyspieszania (system siatki). Przede wszystkim przewidziano prostowanie napięcia dla układu przyspieszającego silnika jonowego, źródeł jonów, neutralizatorów czy źródeł elektronów.

Ponadto może być wskazane zapewnienie trzeciego środka do wygładzania wyprostowanych napięć dla systemu akceleratora. Układ wygładzania może być realizowany za pomocą obwodu cewek (L) i/lub kondensatorów (C) i/lub rezystorów (R). Przede wszystkim można zapewnić kontury LC, L, C lub RLC do wygładzania. Ponadto pętla cewek i/lub kondensatorów i/lub rezystorów jest również zaprojektowana w celu optymalizacji położenia fazowego układu przyspieszania. W systemie napędowym jonów RF, położenie fazy i napięcia powinno być korzystnie dostosowane tak, aby średni strumień jonów odpowiadał średniemu strumieniowi elektronów. Tę ostatnią, jak już wyjaśniono na początku, może zapewnić również osobny neutralizator.

Aby silnik jonowy działał prawidłowo, do odpowiednich podzespołów musi być doprowadzone odpowiednie napięcie zasilania. Ustawienie stosunku napięć między odpowiednimi napięciami sieci i napięciem generatora wysokiej częstotliwości, zgodnie z jednym przykładem wykonania, odbywa się za pomocą stopnia wysokiego napięcia zawierającego kilka kondensatorów i diod i/lub za pomocą oznacza stosunek liczby zwojów cewki generatora wysokiej częstotliwości do liczby zwojów cewki sprzęgającej. Za pomocą stopnia wysokiego napięcia można zwiększyć napięcie generowane przez generator wysokiej częstotliwości. Taki obwód kaskadowy jest również znany pod pojęciem „pompa ładująca”.

Zgodnie z kolejnym korzystnym przykładem wykonania, pomiędzy generatorem wysokiej częstotliwości a układem przyspieszającym zapewniony jest co najmniej jeden sterowany przełącznik do sterowania przepływem nośników ładunku w czasie. Co najmniej jeden sterowany przełącznik może być wykonany jako przełącznik mechaniczny lub elektroniczny. Przede wszystkim można dostarczyć przełączniki półprzewodnikowe.

V następna egzekucja przewidziany jest czwarty środek do odwracania polaryzacji napięć w układzie sieciowym do ekstrakcji i przyspieszania jonów i elektronów. V ta realizacja można zrezygnować ze stosowania prostownika załączonego po pierwszym sposobie, ponieważ polaryzacja na składowych układu przyspieszania zmienia się względem siebie i następuje naprzemienna generacja elektronów i jonów. Wskazane jest dobranie napięć w układzie przyspieszania w taki sposób, aby strumień jonów był korzystnie równoważny strumieniowi elektronów. Na fazowanie elementów układu przyspieszenia, jak już wyjaśniono, mogą wpływać odpowiednie obwody RCL. Dodatkowa zaleta Ten przykład wykonania polega na tym, że można zrezygnować z osobnego neutralizatora, co skutkuje dodatkowym uproszczeniem silnika jonowego.

W alternatywnym przykładzie wykonania silnik jonowy ma jeden neutralizator, natomiast napięcie wymagane do jego pracy jest pobierane z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości w celu wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego i przede wszystkim jest dostarczane przez pierwszy sposób. Silnik jonowy według wynalazku w tym przykładzie wykonania zapewnia, że ​​nie ma oddzielnego źródła napięcia do pracy konwertera. Stwarza to już wyjaśnioną uproszczoną konstrukcję ze zmniejszoną wagą układu napędowego jonów.

Celem wynalazku jest również zapewnienie sposobu działania silnika jonowego do statku kosmicznego, który obejmuje generator wysokiej częstotliwości do generowania zmiennego pola elektromagnetycznego wykorzystywanego do jonizacji paliwa oraz system kratownicowy z odpowiedni system przyspieszenie nośników ładunku. Zgodnie z wynalazkiem wysokie napięcia wymagane dla układu przyspieszania nośników ładunku są uzyskiwane z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości w celu wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego. Wiążą się z tym te same zalety, które wyjaśniono powyżej w związku z silnikiem jonowym według wynalazku.

Pojedynczy rysunek przedstawia widok schematyczny Przekrój silnik jonowy według wynalazku.

Silnik jonowy 1 ma komorę wyładowczą 2 (jonizator). Paliwo, takie jak ksenon, może być dostarczane do jonizacyjnej komory wyładowczej 2 przez zawór niepokazany na wlocie 3. Cewka 5 owinięta wokół komory wyładowczej 2 wraz z generatorem 4 wysokiej częstotliwości w celu wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego jest wykonana wewnątrz komory wyładowczej 2 w celu jonizacji paliwa. Wylot 6 znajduje się na przeciwległym końcu komory wyładowczej 2 na końcu komory wyładowczej 2 naprzeciwko wlotu 3. System siatkowy 7 przylega do wylotu 6, który ma siatkę osłaniającą (kotwica granicy plazmy) jako pierwszą kratę 8 i kratę przyspieszenia jako drugą kratę 9. Do działania systemu siatkowego 7 pierwsza sieć 8 wymaga dodatniego, a druga 9 - ujemnego wysokiego napięcia. Dodatnie napięcie zasilania jest pobierane z zacisku potencjału 10 dla pierwszej sieci 8, a ujemne wysokie napięcie jest pobierane z zacisku potencjału 11 dla drugiej sieci 9.

Silnik jonowy 1 pokazany w znany sposób ma neutralizator 14. Ten ostatni zawiera komorę 15, przez wlot 17, którego gaz, na przykład ksenon, jest wprowadzany do komory 15. Komora 15 jest otoczona elektrodami 16a, 16b, dzięki czemu na wylocie 18 komory 15 można wytworzyć wiązkę elektronów 24 równoważną wiązce jonów 19, aby zneutralizować wiązkę jonów 19. Wysokie napięcie jest dostarczane do zacisków potencjałowych 25a , 25b elektrod neutralizatora 16a, 16b do zasilania neutralizatora.

Zmieniając polaryzację na układzie siatkowym 7 silnika jonowego 1 zamiast jonów z komory wyładowczej 2, możliwe jest również wyodrębnianie elektronów i przyspieszanie ich za pomocą układu siatkowego 7. Odpowiednio dobierając czas ekstrakcji jonów i elektronów i/lub wartości napięć na potencjalnych stykach 10, 11 dla ekstrakcji obu faz można ustawić strumień elektronów równoważny strumieniowi jonów. W takim przypadku możesz zrezygnować z neutralizatora 14.

Tak więc silnik jonowy 1 w znany sposób zawiera trzy strefy funkcjonalne: strefę 50 do generowania jonów, strefę 52 do przyspieszania jonów i opcjonalną strefę 54 do neutralizacji wiązki jonów.

Generowanie wysokich napięć niezbędnych do działania silnika jonowego dla sieci 7 i opcjonalnego neutralizatora 14 nie odbywa się przez własne źródła napięcia zasilającego, ale za pomocą pierwszych środków 12, za pomocą których wysokie napięcie napięcia wymagane dla systemu sieciowego 7 są uzyskiwane z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości 4 i opcjonalny neutralizator. Na figurze wytwarzanie odpowiednich wysokich napięć symbolizuje połączenie (strzałka 13) między generatorem wysokiej częstotliwości 4 a pierwszym środkiem 12.

Odbiór wysokich napięć i zapewnienie ich obecności na zaciskach potencjałowych 10, 11 i opcjonalnie 25a, 25b może odbywać się np. w taki sposób, że część mocy o wysokiej częstotliwości jest pobierana za pomocą kondensatorów (nie pokazanych) z cewki 5 podłączony do generatora wysokiej częstotliwości 4. W takim przykładzie wykonania, przyłożone do kondensatorów, napięcie jest prostowane za pomocą drugiego środka przez prostownik 22 i opcjonalnie wygładzane za pomocą trzeciego środka 23. Jeżeli napięcie wymagane dla siatek 8, 9 układu siatkowego 7 jest wyższe niż napięcie pobierane z obwodu wysokiej częstotliwości, wówczas w pierwszym środku 12 można zastosować obwód kaskadowy, który zawiera kondensatory i diody, co zwiększa napięcie do wymagana wartość. Odpowiednie obwody mogą być również zapewnione dla elektrod neutralizujących 16a, 16b.

Alternatywnie, napięcia wymagane do działania sieci 7 i opcjonalnego neutralizatora 14 mogą być dostarczane za pomocą co najmniej jednej cewki sprzęgającej (nie pokazanej), z odczepów, z których usunięto naprężenia wymagane dla sieci. W jednym przykładzie wykonania, na przykład, transformator wysokiego napięcia może być zintegrowany z systemem wysokiej częstotliwości, dzięki czemu napięcie wymagane dla systemu sieciowego jest dostępne na jego wyjściu. Podobnie, jedną lub więcej cewek sprzęgających (nie pokazano) z jednym lub więcej odczepami można umieścić bezpośrednio w komorze wyładowczej 2. Cewka lub cewki komunikacyjne mogą być zaprojektowane w taki sposób, aby były galwanicznie odizolowane od cewki 5 jonizacji paliwa. Korzystnie, cewka lub cewki komunikacyjne są umieszczone tak, że: dobre połączenie cewki 5 oraz cewki lub cewki do systemu siatkowego 7 lub opcjonalny neutralizator 14.

Inne środki 22 i 23 opisane powyżej do prostowania i wygładzania napięć mogą być również dostarczone z cewkami sprzęgającymi. W każdym razie w przypadku przystawki odbioru mocy za pomocą cewek możliwe jest dalsze uproszczenie układu napędowego, ponieważ można również zrezygnować z późniejszego prostowania. W tym przypadku polaryzacja siatek 8, 9 układu sieci zmienia się względem siebie, tak że elektrony i jony są generowane naprzemiennie. W takim przypadku napięcia na sieciach 8, 9 powinny być tak dobrane, aby strumień jonów był równoważny strumieniowi elektronów. W pewnych okolicznościach konieczne jest dopasowanie faz na armaturze granicznej plazmy 8 i na siatce przyspieszającej 9, na które mogą oddziaływać odpowiednie obwody RCL (nie pokazane).

V przypadek ogólny, środki 22 i 23 do prostowania i wygładzania w pędniku jonowym, który działa bez konwertera 14, mogą nie być obecne. W takim silniku, mierząc polaryzację napięć na siatkach 8, 9, zarówno elektrony, jak i jony są odciągane i przyspieszane z komory wyładowczej 2. Stopnie LC, L, C lub RLC mogą być użyte do optymalizacji fazowania na siatkach 8, 9. Korzystnie, fazowanie i napięcia powinny być regulowane tak, aby średni strumień jonów odpowiadał średniemu strumieniowi elektronów.

Środki zasilania napięciem 12 przedstawiają schematycznie dwa przełączniki 20, 21, które mogą mieć postać przełączników mechanicznych lub elektronicznych. Przełączniki 20, 21 są zaprojektowane tak, aby utrzymywać kratkę ekranującą 8 i/lub kratkę przyspieszającą 9 bez zasilania, nawet jeśli paliwo w komorze wyładowczej 2 jest zjonizowane. W razie potrzeby można zastosować jeden przełącznik dla wszystkich sieci systemu kratownicowego 7.

Wraz ze wzrostem mocy wysokiej częstotliwości wzrastają również napięcia na zaciskach potencjałowych 10, 11 siatek 8, 9. Jest to korzystne z punktu widzenia jonów, ponieważ wzrost gęstości plazmy wraz ze wzrostem mocy wysokiej częstotliwości również wymaga wyższego napięcia emisyjnego.

Silnik jonowy według wynalazku ma tę zaletę, że system zasilania można znacznie uprościć. Dzięki temu możliwe są oszczędności na wadze. Ponadto zwiększa się niezawodność działania i minimalizuje koszty zarządzania. Ponadto możliwa jest realizacja silnika bez oddzielnego katalizatora. Zapewnia to zasilanie napięciem, za pomocą którego z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości wybierane są niezbędne wysokie napięcia. Przede wszystkim możliwe jest zapewnienie napięć zasilających tablice układów napędowych jonów wysokiej częstotliwości, źródeł jonów wysokiej częstotliwości, neutralizatorów wysokiej częstotliwości czy źródeł elektronów wysokiej częstotliwości.

WYKAZ SYMBOLI ODNIESIENIA

1 silnik jonowy

2 Komora wyładowcza

3 wlot

4 Generator wysokiej częstotliwości

5 Cewka generatora wysokiej częstotliwości

6 Wylot

7 System kratowy

8 Siatka ekranująca / kotwica graniczna plazmy (pierwsza siatka)

9 Kratka przyspieszenia (druga kratka)

10 Zacisk potencjalny dla pierwszej siatki 8

11 Zacisk potencjalny dla drugiej sieci 9

12 Sposoby napięcia zasilania

13 Komunikacja (schemat)

14 Neutralizator

16a, 16b Elektroda

17 Wlot

18 Wylot

19 Przepływ jonów

20 przełącznik

21 Przełącznik

22 Prostownica

23 Narzędzie do wygładzania krawędzi

24 Przepływ elektronów

25a, 25b Potencjalny zacisk

50 Produkcja jonów

52 Przyspieszenie jonów

54 Neutralizacja przepływu jonów

1. Silnik jonowy (1) do statku kosmicznego, w tym generator wysokiej częstotliwości (4) do generowania zmiennego pola elektromagnetycznego używanego do jonizacji paliwa, odpowiedni system (7) do przyspieszania nośników ładunku w celu wytworzenia pola elektrostatycznego oraz pierwsze środki do generowania wysokich napięć wymaganych dla systemu (7) przyspieszania nośników ładunku, z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości (4) w celu wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego, oraz pierwsze środki (12) do wybór części mocy generowanej przez generator wysokiej częstotliwości (4) obejmuje co najmniej jeden kondensator podłączony do generatora wysokiej częstotliwości (4) lub co najmniej jedną cewkę sprzęgającą podłączoną do generatora wysokiej częstotliwości (4), na zaciski cewki, w których zapewnione są wysokie napięcia niezbędne dla układu przyspieszenia (7).

2. Silnik jonowy według zastrz. 1, w którym system przyspieszania nośnika zawiera pierwszą, zasadniczo osłaniającą siatkę i co najmniej jedną drugą, zasadniczo przyspieszającą siatkę.

3. Silnik jonowy według zastrzeżenia 1, w którym co najmniej jedna cewka sprzęgająca jest wykonana w postaci uzwojenia wtórnego transformatora, które jest połączone z cewką generatora wysokiej częstotliwości (4) jako uzwojenie pierwotne transformatora.

4. Silnik jonowy według zastrzeżenia 1, w którym co najmniej jedna cewka sprzęgająca ma zaczep lub kilka zaczepów galwanicznie odizolowanych od cewki generatora wysokiej częstotliwości (4).

5. Silnik jonowy według zastrzeżenia 3, w którym co najmniej jedna cewka sprzęgająca ma odczep lub kilka odczepów galwanicznie odizolowanych od cewki generatora wysokiej częstotliwości (4).

6. Silnik jonowy według zastrz. 1, w którym zapewniony jest drugi środek (22) do prostowania napięć pobieranych z generatora wysokiej częstotliwości (4) dla układu przyspieszania (7).

7. Silnik jonowy według zastrz. 6, w którym zapewniony jest trzeci środek (23) do wygładzania wyprostowanych napięć układu przyspieszania (7).

8. Silnik jonowy według zastrzeżenia 1, w którym ustawienie stosunku napięć układu przyspieszania (7) do napięcia generatora wysokiej częstotliwości (4) odbywa się za pomocą stopnia wysokiego napięcia, w tym kilka kondensatorów i diod i / lub wymagany stosunek liczby zwojów cewki generatora wysokiej częstotliwości (4) do liczby zwojów cewki sprzęgającej.

9. Silnik jonowy według zastrzeżenia 1, w którym co najmniej jeden sterowany przełącznik (20, 21) jest umieszczony między generatorem wysokiej częstotliwości (4) a układem przyspieszania (7) w celu oddzielenia napięcia zasilania.

10. Silnik jonowy według zastrz. 7, w którym zapewniony jest czwarty środek do odwracania polaryzacji napięć w układzie przyspieszania (7) do ekstrakcji i przyspieszania jonów i elektronów.

11. Silnik jonowy według zastrzeżenia 1, w którym silnik jonowy (1) ma oddzielny neutralizator (14) zasilany napięciem uzyskanym głównie za pomocą pierwszych środków (12) z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości (4) do wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego.

12. Sposób działania silnika jonowego (1) dla statku kosmicznego, który obejmuje generator wysokiej częstotliwości (4) do wytwarzania zmiennego pola elektromagnetycznego służącego do jonizacji paliwa oraz system sieci (7) z odpowiednim systemem (8 , 9) do przyspieszania nośników ładunku, charakteryzujący się tym, że wysokie napięcia wymagane dla układu przyspieszania nośników ładunku są uzyskiwane z prądów i/lub napięć generowanych przez generator wysokiej częstotliwości (4) w celu wytworzenia zmiennego pola elektromagnetycznego, a przy co najmniej jeden kondensator jest używany do wybrania części mocy generowanej przez generator wysokiej częstotliwości (4), podłączony do generatora wysokiej częstotliwości (4) lub co najmniej jedna cewka sprzęgająca podłączona do generatora wysokiej częstotliwości (4) , na zaciskach cewki, których zapewnione są wysokie napięcia niezbędne dla układu przyspieszenia (7).

Podobne patenty:

Wynalazek dotyczy silnika odrzutowego manewrującego plazmą z efektem Halla, używanego do przemieszczania satelitów za pomocą elektryczności. Osocze silnik odrzutowy na podstawie efektu Halla zawiera główny pierścieniowy kanał jonizacji i przyspieszenia.

Wynalazek dotyczy środki reaktywne ruch głównie w wolnej przestrzeni. Proponowany środek ruchu zawiera obudowę (1), ładunek(2), system sterowania i co najmniej jeden system pierścieni nadprzewodzących magnesów ogniskująco-odchylających (3).

Wynalazek dotyczy technologii wiązkowych i może być stosowany do kompensacji (neutralizacji) ładunku kosmicznego wiązki jonów dodatnich elektrycznych silników rakietowych, w szczególności do zastosowania w układach napędowych mikro- i nanosatelitów.

Wynalazek dotyczy dziedziny silników plazmowych. Urządzenie zawiera co najmniej: jeden główny kanał pierścieniowy (21) jonizacji i przyspieszania, natomiast kanał pierścieniowy (21) ma otwarty koniec, anodę (26) umieszczoną wewnątrz kanału (21), katodę (30) umieszczoną na zewnątrz kanał na jego wylocie, obwód magnetyczny (4) do wytworzenia pola magnetycznego w części kanału pierścieniowego (21).

Wynalazek dotyczy elektrycznego silnika rakietowego z zamkniętym dryfem elektronów. Elektryczny silnik rakietowy z zamkniętym dryfem elektronów zawiera główny pierścieniowy kanał jonizacyjny i przyspieszający, co najmniej jedną katodę wnękową, anodę pierścieniową, rurkę z kolektorem do zasilania anody gazem jonizowalnym oraz obwód magnetyczny do wytwarzania pola magnetycznego w główny kanał pierścieniowy.

Nowoczesne silniki rakietowe dobrze radzą sobie z wprowadzaniem technologii na orbitę, ale zupełnie nie nadają się do długich podróży kosmicznych. Dlatego od kilkunastu lat naukowcy pracują nad stworzeniem alternatywnych silników kosmicznych, które mogłyby przyspieszyć statki do rekordowe prędkości... Przyjrzyjmy się siedmiu kluczowym pomysłom z tego obszaru.

Emdrive

Aby się ruszyć, trzeba się od czegoś odepchnąć – ta zasada jest uważana za jeden z niewzruszonych filarów fizyki i astronautyki. Od czego właściwie zacząć - od ziemi, wody, powietrza czy strumień odrzutowy gaz, jak w przypadku silników rakietowych, nie jest tak ważny.

Dobrze znany eksperyment myślowy: wyobraź sobie, że astronauta wyszedł w kosmos, ale kabel łączący go ze statkiem kosmicznym nagle pękł i osoba zaczyna powoli odlatywać. Ma tylko skrzynkę z narzędziami. Jakie są jego działania? Prawidłowa odpowiedź: musi wyrzucić narzędzia ze statku. Zgodnie z prawem zachowania pędu, osoba zostanie odrzucona od instrumentu z dokładnie taką samą siłą, jak instrument od osoby, więc będzie stopniowo zbliżał się do statku. To jest ciąg odrzutowy - jedyny możliwy sposób poruszać się w pustej przestrzeni kosmicznej. To prawda, że ​​EmDrive, jak pokazują eksperymenty, ma pewne szanse na obalenie tego niezachwianego stwierdzenia.

Twórcą tego silnika jest brytyjski inżynier Roger Shaer, który w 2001 roku założył własną firmę Satellite Propulsion Research. Konstrukcja EmDrive jest dość ekstrawagancka i ma kształt metalowego wiadra, uszczelnionego na obu końcach. Wewnątrz tego wiadra znajduje się magnetron, który emituje fale elektromagnetyczne - takie same jak w konwencjonalnej kuchence mikrofalowej. I okazuje się, że wystarczy to do stworzenia bardzo małego, ale całkiem zauważalnego ciągu.

Sam autor tłumaczy działanie swojego silnika różnicą ciśnień promieniowania elektromagnetycznego na różnych końcach „wiadra” – na węższym końcu jest to mniej niż na szerokim. To tworzy pchnięcie skierowane w kierunku wąskiego końca. Możliwość takiego działania silnika była kwestionowana niejednokrotnie, ale we wszystkich eksperymentach instalacja Shaer wykazuje obecność ciągu w zamierzonym kierunku.

Eksperymentatorzy, którzy wypróbowali wiadro Schaera, to organizacje takie jak NASA, Uniwersytet Techniczny w Dreźnie i Chińska Akademia Nauk. Wynalazek przetestowano w różnych warunkach, w tym w próżni, gdzie wykazał obecność ciągu 20 mikroniutonów.

To bardzo niewiele w porównaniu z chemicznymi silnikami odrzutowymi. Ale biorąc pod uwagę, że silnik Shaera może pracować tak długo, jak chcesz, ponieważ nie potrzebuje paliwa (baterie słoneczne mogą zapewnić działanie magnetronu), potencjalnie może rozpędzić statek kosmiczny do ogromnych prędkości, mierzonych w procentach prędkości światła.

Aby w pełni udowodnić osiągi silnika, konieczne jest wykonanie znacznie większej liczby pomiarów i pozbycie się skutków ubocznych, które mogą być generowane np. przez zewnętrzne pola magnetyczne. Jednak alternatywne możliwe wyjaśnienia nienormalnego ciągu silnika Shaera są już przedstawiane, co ogólnie narusza zwykłe prawa fizyki.

Proponuje się na przykład wersje, w których silnik może wytwarzać ciąg dzięki interakcji z fizyczną próżnią, która na poziomie kwantowym ma niezerową energię i jest wypełniona stale pojawiającymi się i znikającymi wirtualnymi cząstkami elementarnymi. Kto w końcu będzie miał rację – autorzy tej teorii, sam Shaer czy inni sceptycy – dowiemy się w niedalekiej przyszłości.

Żagiel słoneczny

Jak wspomniano powyżej, promieniowanie elektromagnetyczne wywiera ciśnienie. Oznacza to, że teoretycznie można go zamienić na ruch – np. za pomocą żagla. Tak jak statki z minionych stuleci łapały wiatr w żagle, tak statek kosmiczny przyszłości łapie w żagle światło słoneczne lub inne światło gwiazd.

Problem polega jednak na tym, że ciśnienie światła jest niezwykle małe i maleje wraz ze wzrostem odległości od źródła. Dlatego, aby był skuteczny, taki żagiel musi być bardzo lekki i mieć bardzo dużą powierzchnię. A to zwiększa ryzyko zniszczenia całej konstrukcji w przypadku napotkania asteroidy lub innego obiektu.

Próby budowy i wystrzelenia żaglowców słonecznych w kosmos już miały miejsce - w 1993 roku Rosja przetestowała żagiel słoneczny na statku kosmicznym Progress, a w 2010 roku Japonia przeprowadziła udane testy w drodze na Wenus. Ale żaden statek nigdy nie używał żagla jako głównego źródła przyspieszenia. Nieco bardziej obiecująco pod tym względem wygląda inny projekt, żagiel elektryczny.

Elektryczny żagiel

Słońce emituje nie tylko fotony, ale także naładowane elektrycznie cząstki materii: elektrony, protony i jony. Wszystkie z nich tworzą tak zwany wiatr słoneczny, który co sekundę unosi z powierzchni Słońca około miliona ton materii.

Wiatr słoneczny rozciąga się na miliardy kilometrów i jest odpowiedzialny za niektóre z naturalnych zjawisk na naszej planecie: burze geomagnetyczne i zorzę polarną. Ziemia jest chroniona przed wiatrem słonecznym własnym polem magnetycznym.

Wiatr słoneczny, podobnie jak wiatr powietrzny, jest odpowiedni do podróży, wystarczy sprawić, by wiał w żagle. Projekt żagla elektrycznego, stworzony w 2006 roku przez fińskiego naukowca Pekkę Janhunena, zewnętrznie ma niewiele wspólnego z słonecznym. Silnik ten składa się z kilku długich, cienkich linek, przypominających szprychy koła bez obręczy.

Dzięki wyrzutni elektronowej emitującej przeciwnie do kierunku jazdy kable te uzyskują dodatnio naładowany potencjał. Ponieważ masa elektronu jest około 1800 razy mniejsza niż masa protonu, ciąg wytworzony przez elektrony nie będzie odgrywał zasadniczej roli. Elektrony wiatru słonecznego nie są ważne dla takiego żagla. Jednak dodatnio naładowane cząstki - protony i promieniowanie alfa - będą odpychane od lin, tworząc w ten sposób ciąg odrzutowy.

Chociaż ciąg ten będzie około 200 razy mniejszy niż w przypadku żagla słonecznego, zainteresowana jest Europejska Agencja Kosmiczna. Faktem jest, że żagiel elektryczny jest znacznie łatwiejszy do zaprojektowania, wyprodukowania, rozmieszczenia i eksploatacji w kosmosie. Dodatkowo, wykorzystując grawitację, żagiel umożliwia również podróżowanie do źródła wiatru gwiazdowego, a nie tylko z dala od niego. A ponieważ powierzchnia takiego żagla jest znacznie mniejsza niż żagla słonecznego, jest on znacznie mniej podatny na asteroidy i kosmiczne śmieci. Być może za kilka lat zobaczymy pierwsze eksperymentalne statki na żaglu elektrycznym.

Silnik jonowy

Przepływ naładowanych cząstek materii, czyli jonów, emitowany jest nie tylko przez gwiazdy. Zjonizowany gaz można również wytworzyć sztucznie. Zwykle cząsteczki gazu są elektrycznie obojętne, ale gdy jego atomy lub cząsteczki tracą elektrony, zamieniają się w jony. W swojej masie całkowitej taki gaz nadal nie ma ładunku elektrycznego, ale poszczególne jego cząstki zostają naładowane, co oznacza, że ​​mogą poruszać się w polu magnetycznym.

W silniku jonowym gaz obojętny (zwykle ksenon) jest jonizowany przez strumień wysokoenergetycznych elektronów. Wybijają elektrony z atomów i uzyskują ładunek dodatni. Ponadto powstałe jony są przyspieszane w polu elektrostatycznym do prędkości rzędu 200 km/s, czyli 50 razy większej niż prędkość wypływu gazu z chemicznych silników odrzutowych. Niemniej jednak nowoczesne silniki jonowe mają bardzo niski ciąg – około 50-100 milinewtonów. Taki silnik nie byłby nawet w stanie zjechać ze stołu. Ale ma poważny plus.

Duży impuls właściwy może znacznie zmniejszyć zużycie paliwa w silniku. Energia uzyskana z gazu jest wykorzystywana do jonizacji gazu. panele słoneczne, dlatego silnik jonowy jest w stanie pracować przez bardzo długi czas - do trzech lat bez przerwy. Przez taki okres będzie miał czas na przyspieszenie statku kosmicznego do prędkości, o jakich nigdy nie śniły się silniki chemiczne.

Silniki jonowe wielokrotnie orały bezkres Układu Słonecznego w ramach różnych misji, ale zwykle jako pomocnicze, a nie główne. Dzisiaj, jako możliwą alternatywę dla silników jonowych, coraz częściej mówi się o silnikach plazmowych.

Silnik plazmowy

Jeśli stopień jonizacji atomów staje się wysoki (około 99%), to taki zagregowany stan materii nazywa się plazmą. Stan plazmy można osiągnąć tylko wtedy, gdy wysokie temperatury Dlatego w silnikach plazmowych zjonizowany gaz jest podgrzewany do kilku milionów stopni. Ogrzewanie odbywa się za pomocą zewnętrznego źródła energii - paneli słonecznych lub bardziej realistycznie małego reaktora jądrowego.

Gorąca plazma jest następnie wyrzucana przez dyszę rakiety, tworząc ciąg dziesiątki razy większy niż w przypadku silnika jonowego. Jednym z przykładów silnika plazmowego jest projekt VASIMR, który rozwija się od lat 70. ubiegłego wieku. W przeciwieństwie do silników jonowych, silniki plazmowe w kosmosie nie zostały jeszcze przetestowane, ale są związane z Wielkie Oczekiwania... To właśnie silnik plazmowy VASIMR jest jednym z głównych kandydatów do załogowych lotów na Marsa.

Silnik Fusion

Ludzie próbowali okiełznać energię syntezy termojądrowej od połowy XX wieku, ale do tej pory nie byli w stanie tego zrobić. Mimo to kontrolowana fuzja termojądrowa jest nadal bardzo atrakcyjna, ponieważ jest źródłem ogromnej energii pozyskiwanej z bardzo taniego paliwa – izotopów helu i wodoru.

W tej chwili istnieje kilka projektów dotyczących zaprojektowania silnika odrzutowego na energię syntezy termojądrowej. Za najbardziej obiecujący uważa się model oparty na reaktorze z magnetyczną osłoną plazmy. Reaktor termojądrowy w takim silniku będzie nieszczelną cylindryczną komorą o długości 100-300 metrów i średnicy 1-3 metrów. Komora musi być zasilana paliwem w postaci plazmy wysokotemperaturowej, która pod wystarczającym ciśnieniem wchodzi w reakcję syntezy jądrowej. Cewki systemu magnetycznego umieszczone wokół komory powinny zapobiegać kontaktowi tej plazmy z urządzeniem.

Strefa reakcji termojądrowej znajduje się wzdłuż osi takiego cylindra. Za pomocą pól magnetycznych przez dyszę reaktora przepływa niezwykle gorąca plazma, wytwarzając ogromny ciąg, wielokrotnie większy niż w silnikach chemicznych.

Silnik antymaterii

Cała otaczająca nas materia składa się z fermionów - cząstek elementarnych o spinie połówkowym. Są to np. kwarki, które w jądrach atomowych tworzą protony i neutrony, a także elektrony. Co więcej, każdy fermion ma swoją własną antycząsteczkę. Dla elektronu jest to pozyton, dla kwarka - antykwark.

Antycząstki mają taką samą masę i taki sam spin jak ich zwykli „towarzysze”, różniąc się znakiem wszystkich innych parametrów kwantowych. Teoretycznie antycząstki mogą stanowić antymaterię, ale do tej pory antymateria nie została odnotowana nigdzie we Wszechświecie. W przypadku nauk podstawowych głównym pytaniem jest, dlaczego nie istnieje.

Ale w warunkach laboratoryjnych można uzyskać trochę antymaterii. Na przykład niedawno przeprowadzono eksperyment porównujący właściwości protonów i antyprotonów przechowywanych w pułapce magnetycznej.

Kiedy antymateria spotyka się ze zwykłą materią, następuje proces wzajemnej anihilacji, któremu towarzyszy wyrzut kolosalnej energii. Tak więc, jeśli weźmiesz kilogram materii i antymaterii, ilość energii uwolnionej podczas ich spotkania będzie porównywalna z eksplozją „Car Bomb” - najpotężniejszej bomby wodorowej w historii ludzkości.

Ponadto znaczna część energii zostanie uwolniona w postaci fotonów promieniowania elektromagnetycznego. W związku z tym istnieje chęć wykorzystania tej energii do podróży kosmicznych poprzez stworzenie silnika fotonowego, podobnego do żagla słonecznego, tylko w w tym przypadkuświatło będzie generowane przez wewnętrzne źródło.

Aby jednak efektywnie wykorzystać promieniowanie w silniku odrzutowym, konieczne jest rozwiązanie problemu stworzenia „zwierciadła”, które byłoby w stanie odbijać te fotony. W końcu statek musi się jakoś odepchnąć, aby wytworzyć ciąg.

Nie nowoczesny materiał po prostu nie wytrzyma promieniowania powstałego w przypadku takiej eksplozji i natychmiast wyparuje. W swoich powieściach science fiction bracia Strugatscy rozwiązali ten problem, tworząc „absolutny reflektor”. V prawdziwe życie nic takiego jeszcze nie zostało zrobione. To zadanie, podobnie jak kwestie tworzenia dużej ilości antymaterii i jej długoterminowego przechowywania, to sprawa fizyki przyszłości.

Człowiek wyszedł w kosmos dzięki silniki rakietowe na paliwa płynne i stałe. Ale kwestionowali także skuteczność lotów kosmicznych. Aby stosunkowo mały mógł przynajmniej „złapać”, jest zainstalowany na szczycie imponującego pojazdu nośnego. A sama rakieta jest w rzeczywistości latającym czołgiem, którego lwia część masy jest zarezerwowana na paliwo. Kiedy wszystko zostanie wykorzystane do ostatniej kropli, na pokładzie statku pozostaje niewielka ilość zapasów.

Aby nie spaść na Ziemię, okresowo podnosi swoją orbitę impulsami, do których paliwo - około 7,5 tony - dostarczane jest przez automatyczne statki kilka razy w roku. Ale nie oczekuje się takiego tankowania w drodze na Marsa. Czy nie czas pożegnać się z przestarzałymi obwodami i przejść na bardziej zaawansowany silnik jonowy?

Aby to zadziałało, nie są wymagane szalone ilości paliwa. Tylko gaz i prąd. Energia elektryczna w kosmosie jest wytwarzana przez przechwytywanie promieniowania słonecznego za pomocą paneli słonecznych. Im dalej od gwiazdy, tym mniejsza jest ich moc, dlatego też będziesz musiał użyć gazu, który dostaje się do pierwotnej komory spalania, gdzie jest bombardowany elektronami i jonizowany. Powstała zimna plazma jest wysyłana do spalenia, a następnie do dyszy magnetycznej w celu przyspieszenia. Silnik jonowy wyrzuca z siebie rozżarzoną plazmę z prędkością nieosiągalną dla konwencjonalnych silników rakietowych. I uzyskuje niezbędne przyspieszenie.

Niestety, silniki jonowe mają tak skąpy ciąg, że nie są w stanie oderwać statku kosmicznego od powierzchni Księżyca, nie mówiąc już o wystrzeleniu naziemnym. Widać to najwyraźniej, jeśli porównasz dwa statki lecące na Marsa. Statek o napędzie płynnym rozpocznie lot po kilku minutach intensywnego przyspieszania i spędzi trochę mniej czasu na hamowaniu na Czerwonej Planecie. Statek z silnikami jonowymi będzie przyspieszał przez dwa miesiące w powoli rozwijającej się spirali, a ta sama operacja czeka go w okolicach Marsa…

Silnik jonowy to ten sam żółw, który wyprzedza szybkonogi Achilles. Po zużyciu całego paliwa w ciągu kilku minut, płynny silnik milknie na zawsze i staje się bezużytecznym kawałkiem żelaza. A plazmowe mogą pracować latami. Nie jest wykluczone, że zostaną wyposażone w pierwszy statek kosmiczny, który poleci z prędkością podświetlną do gwiazdy najbliższej Ziemi. Lot ma potrwać tylko 15-20 lat.