Ионный двигатель X3 - наше будущее в освоении космоса и возможность скорейшего полета на Марс.
Учёные научились использовать электричество и газовое топливо для вытеснения плазмы, создавая, мощную дополнительную тягу, благодаря которой можно будет достичь Марса в кратчайшие сроки.
Химический реактивный двигатель, безусловно,- столп космической эпохи. И он успешно справляется со своей задачей вот уже 60 лет.
Алгоритм его запуска всегда один и тот же:
- жидкое или твердое топливо поджигается с помощью окислителя
- на высокой скорости топливо выходит из сопла ракеты
- что дает тягу, отправляющую ракеты в космос и помогающий преодолеть силу гравитации
Но если мы хотим не просто попасть в космос, а добраться до Марса, химические двигатели отойдут на второй план. Для такого маршрута необходим новый двигатель, способный максимально быстро преодолеть межпланетное расстояние, используя меньшее количество топлива.
Именно таким двигателем и является X3. X3 входит в программу NASA «Next step». Это совершенно новый космический двигатель, работающий полностью за счет электроэнергии.
Только представьте: электродвигатели эффективнее химических двигателей в 10 раз! К примеру, ракета с химическим двигателем развивает скорость около 64000 км/ч. Ракета на электродвигателе может развить скорость почти до 161000 км/ч. Более того, сейчас NASA активно разрабатывает электродвигатель, который сможет развить скорость до 804600 км/ч.
На такой скорости можно преодолеть расстояние от Земли до Луны примерно за 30 минут!
В лаборатории плазмодинамики электрических двигателей Мичиганского университета инженеры и студенты-лаборанты работают над новым типом электрического двигателя, который называется двигатель на эффекте Холла или холловский двигатель.
Для его работы необходимо ракетное топливо. В некоторых случаях это инертный газ, такой как ксенон. Затем с помощью огромного количества энергии создается высокотемпературная плазма, заряженная электронами и ионами. После этого магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы, что создает дополнительную мощную тягу.
Двигатель на эффекте Холла-это не просто двигатель будущего. На самом деле, сейчас над нами находятся сотни спутников, работающих на электродвигателях, которые позволяют им оставаться на месте.
Однако на данный момент, двигатели на эффекте Холла не использовались для пилотируемых миссий, поскольку сила тяги, которую они способны сгенерировать, слишком мала.
Итак, необходимо больше тяги.
Мощность традиционных холловских двигателей варьируется от 1 до 6 кВт. С выходом двигателя X3 ситуация однозначно изменится, ведь в ходе испытаний его мощность удалось увеличить до 100, и даже 200 кВт.
Более высокая мощность, предполагает создание более высокой тяги и, соответственно, достижения более высокого ускорения. Всё потому, что новый двигатель имеет три канала для выхода плазмы, а не один, как у обычных холловских двигателей.
Для тестирования новейшего двигателя построена уникальная лаборатория.
Частью такой лаборатории является большой вакуумный испытательный центр. Он имеет самую высокую в мире скорость откачки: при низком давлении внутри вакуумная камера способна работать с высокими скоростями потоков. Именно такую камеру учёные используют для моделирования необходимых для тестирования условий.
19 криогенных насосов удаляют из камеры весь воздух и газы, чтобы добиться максимально реалистичной среды для испытания двигателя. Студенты-лаборанты также проводят испытания в большой вакуумной камере: один анализирует работу двигателя, другой отслеживает путь электронов из катода в канал.
Двигатель X3 является слишком мощным даже для большого вакуумного испытательного центра. Поэтому на данный момент его полное тестирование можно провести только в исследовательском центре NASA имени Джона Гленна.
Двигатель X3 весит почти 227кг. Поэтому разработка и сборка всех компонентов этого сверхмасштабного двигателя стала для ученых своеобразным вызовом.
Прошлый год стал настоящим прорывом в области изучения двигателя X3. Он установил целых три рекорда, опередив все остальные двигатели Холла.
Рекорд мощности: более 100 кВт. Рекорд реактивной тяги и рекорд по количеству тока, пропускаемого через любой другой двигатель на эффекте Холла.
Сейчас NASA работает над 20-летним планом. Реализовываться данный план начал более 10 лет назад с запуском МКС. Следующий шаг - запуск космической станции около орбиты Луны для испытания новых технологий, необходимых для жизни людей в космосе.
И двигатели Холла в стратегии NASA играют важную роль.
Совсем скоро, двигатель X3 можно будет в полной мере использовать в пилотируемой миссии.
Исследования, которые проходят сейчас направлены на демонстрацию новых принципов проектирования электрических двигателей. В ближайшем будущем для космических путешествий будет использоваться комбинация из химических и электрических двигателей.
