Ионный двигатель знаком всем, кто любит читать научную фантастику или смотреть Звёздные войны. Это отличный пример технологии, которая началась с книги в далеком 1910 году и стала реальностью примерно через 50 лет после первого упоминания о ней. Тут наилучшим образом сработал принцип "всё, что можно придумать, может существовать". Именно по этой причине я всегда уважительно отношусь к гипотезам, даже самым смелым.
Впервые ионный двигатель упоминается в романе Дональда В. Хорнера "Аэроплан к солнцу: приключения авиатора и его друзей". Там это некоторая космическая технология с невероятными техническими характеристиками. Стоит ли говорить, что реальный ионный двигатель значительно уступает своим научно-фантастическим прототипам. Но ценно тут другое! Важно, что подобная технология вообще могла быть реализована и описываемый принцип стал вполне себе применяться на практике.
Что такое ионный двигатель?
Ещё в 1955 году Алексей Иванович Морозов написал статью «Об ускорении плазмы магнитным полем», ну а в 1964 году на советском аппарате «Зонд-2» был впервые установлен плазменно-эрозионный двигатель.
Из более понятного нам названия "плазменно-эрозионный" можно предположить, что двигатель каким-то образом отбрасывается плазму и получает от этого импульс.
Разработки этой технологии велись не только в Советском союзе, но американцы в своих исследованиях надолго отказались от какого-либо серьезного восприятия ионного двигателя как приемлемого варианта. КПД у первых агрегатов оказалось, наверное, одним из самых низких, из всех когда-либо существовавших вариантов двигателей для космоса. Поэтому, вся теория была рассмотрена как баловство и эпопея с ионными двигателями оказалась забыта почти на 20 лет. Однако, позже к ней вернулись и доработки технологии позволили получить вполне себе пригодный для использования агрегат.
Сам по себе ионный двигатель - это двигатель, в котором используются ионы. Звучит логично, но прежде, чем перейти к рассмотрению принципа работы агрегата, нужно вспомнить про ионы.
Ионы - это электрически заряженные частицы, образующиеся из атома или молекулы в результате потери или присоединения одного или нескольких электронов. Коротко - это частицы, имеющие электрический заряд.
Ну а плазма - это ионизированный газ.
Как работает ионный двигатель?
Обычный химический ракетный двигатель работает благодаря существованию закона сохранения импульса. Масса отлетающих газов создаёт импульс, который предаётся летательному аппарату, а тот использует его для движения.
В случае химического ракетного двигателя отбрасывается поток газа, а в случае ионного двигателя отбрасывается струя плазмы. В общем-то, в этом вся разница. Двигает летательный аппарат отбрасывание им массы.
Принцип работы ионного двигателя построен на ионизации газа и его разгоне электростатическим полем.
Дальше всё логично. Ионизация нужна для того, чтобы электрическое поле могло эффективно разгонять ионизированный газ. Ионизированный газ, разогнанный полем, отбрасывается из двигателя и на практике получаем реактивную тягу, которая толкает летательный аппарат.
В качестве рабочего тела или исходного газа для ионизации используется инертный газ. Поток ионизированного газа разделяется - ионы уходят в работу и ускоряются, а электроны специальным образом отлавливаются отдельно. В дальнейшем электроны тоже отбрасываются. Причем, интересно отметить, что процесс построен таким образом, что общий заряд корпуса корабля остаётся нейтральным.
Преимущества ионного двигателя
Ионный двигатель во всем проигрывает стандартным химическим реактивным двигателям. Во всём, кроме одного.
При правильном построении схемы можно так организовать работу, что система будет работать без топлива. Речь не про вечный двигатель, а про использование солнечных панелей. Современные солнечные батареи обладают буквально феноменальными характеристиками, и обвесив ими летательный аппарат, можно иметь практически бесконечный запас топлива для его путешествия по космосу.
Соответственно, если использовать ионный двигатель не как агрегат для запуска ракеты, а как способ перемещения в открытом космосе, то технология становится намного более вкусной.
Кроме того, удельный импульс ионный двигатель выдаёт вполне приличный. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах.
Пожалуйста, подпишитесь, лайкните материал и обязательно возвращайтесь за новым контентом на проект! Возврат подписчика сейчас очень важен для канала, а новые материалы выходят у меня регулярно!
Не забывайте читать новые статьи на сайте проекта