В чем преимущество использования высокочастотных ионных двигателей малой мощности в освоении космического пространства?

152
2
0
8 ноября
17:49
ноябрь
2015

Удельный импульс. Есть такой показатель эффективности реактивного двигателя, как удельный импульс (условно говоря, сколько секунд данный двигатель сможет создавать тягу в 1 Н, истратив при этом 1 кг топлива). У ионных двигателей этот показатель почти в 15 раз превосходит показатели химических реактивных двигателей.

Но при этом, у них очень низкая рабочая тяга и они работают только в вакууме. Поэтому они не способны вывести ракету на орбиту. Но зато после того, как ракета выведена, они могут годами потихоньку работать, постепенно разгоняя межпланетную станцию до умопомрачительных скоростей. Раньше, до изобретения ионных двигателей, достижение таких скоростей было возможно только при помощи гравитационных манёвров вокруг тяжёлых планет. Но планеты в нужное положение выстраиваются не всегда, и вообще поиск и расчёт таких манёвров - дело очень сложное, а их совершение требует высокой точности, иначе межпланетную станцию пронесёт мимо цели. Теперь же можно не ждать, пока планеты выстроятся нужным образом. Ионные двигатели вполне могут их заменить.

Конкретные цифры.

Для, F-1, двигателя первой ступени ракеты Сатурн-5 и одного из самых мощных существующих на сегодня ракетных двигателей, удельный импульс составляет 265 секунд. Тяга одного двигателя составляет около 6800 килоньютонов, а время работы - 165 секунд. Масса топлива для первой ступени - около 2300 тонн, топливо расходуется пятью двигателями.

Для двигателя РД-107, используемого в российских пилотируемых космических грузовиках "Союз-ТМА", отправляющихся сегодня к МКС, удельный импульс составляет 256 секунд, тяга около 800 килоньютонов, а время работы - 140 секунд. Масса топлива первой ступени около 200 тонн, топливо расходуют 4 двигателя.

Если взять межпланетную станцию Dawn, то она оборудована тремя ксеноновыми ионными двигателями типа NSTAR (модель отработана на зонде Deep Space 1 и используется в современных миссиях NASA). Одновременно возможна работа одного двигателя. Каждый двигатель имеет ничтожную тягу 30 мН, но зато удельный импульс 3100с. При нормальной работе ионные двигатели «Dawn» обеспечивают прирост в скорости на 97 км/ч за каждые 4 дня. Запас ксенона для топлива ионных двигателей составляет 425кг, предполагается, что это в полтора раза больше, чем требуется для планируемой миссии (8 лет).

0
0
ноябрь
2015

Они эффективнее, пусть и слабее химических. Проще говоря, чтобы увеличить скорость ракеты на, допустим, километр в секунду, ионному двигателю потребуется меньше рабочего тела (топлива), чем химическому. Но на это потребуется больше времени.

Иван ЕрохинОтвечает на ваши вопросы в своейПрямой линии
0
0
Если вы знаете ответ на этот вопрос и можете аргументированно его обосновать, не стесняйтесь высказаться
Ответить самому
Выбрать эксперта