В продолжении рассказа о разработках новых типах двигателей, хотелось бы отдельно рассказать о таком типе двигателя как электроракетный двигатель и в частности ионный двигатель.
Но сначала надо немного углубиться в теорию и рассказать о такой характеристике любого ракетного двигателя как удельный импульс.
Уде́льный и́мпульс — характеристика реактивного двигателя, равная отношению создаваемого им импульса (количества движения) к расходу топлива (обычно массовому, но может соотноситься и, например, с весом или объёмом топлива).
Почему именно эта характеристика нас интересует? Она показывает насколько двигатель экономично расходует топливо. Но есть же другие характеристики, скажете Вы, например, раз он электрический, то потребляет электрическую мощность, а химический не потребляет, это же минус. Да, но электричество в космосе это не такая проблема, всегда можно что-нибудь придумать, например, повесить еще пару солнечных батарей или приделать генератор к велотренажёру космонавтов, а вот топливо загрузил один раз и все, не дозаправишь.
Давайте сравним значение удельных импульсов различных типов двигателей:
Ого! Давайте выкинем на помойку все другие типы двигателей и будем использовать только ионные. Не все так просто, но об этом мы поговорим чуть ниже, а пока разберемся, за счет чего идет такой выигрыш в экономичности.
В химическом двигателе скорость рабочего тела определяется давлением в камере сгорания при окислении топлива. При всех ухищрениях у него есть предел и современные двигатели к нему уже приблизились. Даже детонационный двигатель хоть и даёт ощутимый прирост импульса, но об увеличении на порядок речи не идёт.
Вот и подумали учёные, а что если разгонять рабочее тело электростатическим полем. Берём заряженную частицу (Ион), помещаем ее в электростатическое поле и она вылетает с огромной скоростью, на порядки выше чем у химических. Вот за счёт этой скорости и идет экономия топлива, насколько больше скорость, настолько же надо меньше топлива.
Как же получить заряженные частицы из обычного газа, который состоит из нейтральных (незаряженных) частиц? Для этого газ надо ионизировать, например, сильным электрическим полем.
Это все здорово, но почему нельзя поставить такие двигатели на ракетоноситель? Проблема в том, что несмотря на большой удельный импульс, тяговооруженность у него крайне низкая, он не то, что бы ракету, даже себя от земли оторвать не может, тяга такого двигателя измеряется граммами, на земле вряд ли вообще можно заметить, что этот двигатель включен. Да и любое загрязнение способно вывести его из строя, так как расстояние между пластинами делается минимальным, для увеличения градиента поля и если что-то попадет между ними, то двигатель перестанет работать. А уж чего, грязи у нас на планете хватает везде.
Скорее всего у Вас возник вопрос, что толку от двигателя, который развивает тягу в несколько граммов, на космическом аппарате с массой в сотни килограмм. При космических полетах, так как в космосе отсутствует сопротивление воздуха, тяга в несколько граммов за длительный промежуток времени даст ощутимое прибавление скорости, а за счет высокого удельного импульса, будет потрачено минимум топлива. Ну а времени, при полетах между планетами, хватает.
Подобный двигатель планировали использовать в программах "Прометей" от NASA и в Транспортно-Энергетическом модуле от РОСКОСМОСа и РОСАТОМа. Данные модули могли бы обеспечить доставку различных аппаратов до других планет в разы быстрее чем сейчас и если "Прометей" закрыли в 2005 году, то отечественная программа продолжает развиваться, но учитывая сложность проекта, несмотря на все успехи, запуск планируется ближе к 2030 году.
Спасибо за прочтение нашего материала. В следующей статье мы подробнее расскажем об отечественном проекте Транспортно-Энергетического модуля.