ESA провело испытания ионного двигателя, работающего на воздухе
На модерации
Отложенный
Европейское космическое агентство (ESA) провело первые в мире испытания электрического двигателя, который использует в качестве «топлива» (рабочего тела) молекулы разреженного воздуха. Эта технология известна как Air-Breathing Electric Propulsion или Atmosphere-Breathing Electric Propulsion (ABEP). В перспективе такие двигатели можно устанавливать на спутники, которые быстро вращаются на очень низких орбитах.
Например, космический аппарат GOCE с ионным двигателем для составления карты земной гравитации 56 месяцев работал на высоте 260 км. Его срок жизни был ограничен запасом ксенона: с собой удалось взять всего 40 кг. Когда ксенон закончился — спутник бессильно упал и сгорел в атмосфере, а миссию пришлось завершить. С воздухом таких проблем не будет, потому что даже в верхних слоях атмосферы достаточно молекул кислорода. Так что если спутник будет вынужден сойти с орбиты, то причиной этому станет не недостаток «топлива», а износ компонентов или иные причины.
Фактически, речь идёт о новом классе спутников, которые могут работать очень продолжительное время на очень низкой орбите. И это ещё не всё. Подобные аппараты способны работать в верхних слоях атмосферы других планет. Например, на углекислом газе в атмосфере Марса.
Ионный двигатель на воздухе, фотография сделана во время испытаний
Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле. Здесь нет движущихся частей, а для создания тяги нужно только подвести питание от солнечных батарей к катушкам и электродам. В конструкции двигателя «генератор потока частиц» обеспечивает высокоскоростной поток молекул для системы впуска, разработанной польской компанией QuinteScience. Затем частицы ионизируются и выбрасываются наружу, создавая тягу.
Для этого проекта инженеры ESA изменили конструкцию ионного двигателя, чтобы он мог использовать молекулы кислорода в той концентрации, в какой спутник может их захватить на высоте 200 км на скорости 7 км/с.
Плотность атмосферы зависит от высоты и солнечной активности.
Кроме того, влияют расположение и время года. На графиках показана примерная плотность атмосферы в зависимости от высоты и солнечной активности.
Для гарантированного удержания космического аппарата на заданной высоте сила тяги двигателя должна быть не менее максимальной величины аэродинамического сопротивления в условиях максимума солнечной и геомагнитной активности, а для оценки требуемого расхода рабочего тела или ресурса работы двигателя необходимо использовать среднее значение аэродинамического сопротивления. В таблице приведена сила сопротивления, соответствующая минимуму и максимуму солнечной и геомагнитной активности. Минимальные, максимальные и средние значения вычислялись на периоде в один год на равномерной географической сетке для каждого уровня солнечной и геомагнитной активности (источник).
Экспериментальный образец двигателя ESA изготовила итальянская компания Sitael. Это двухступенчатый двигатель, который обеспечивает лучшую ионизацию и ускорение частиц, что традиционные системы электрических двигателей. Предварительно конструкцию испытали в компьютерной симуляции, а потом пришло время для реальных тестов.
Тестирование осуществлялось в вакуумной камере (на фото) с симуляцией условий на высоте 200 км.
Экспериментальная установка
На первом этапе двигатель проверили на ксеноне из генератора пучка частиц. Затем ксенон частично заменили азотно-кислородной смесью. Когда цвет реактивной струи из двигателя сменился с ксеноновой голубой на багровую — стало ясно, что двигатель работает на воздухе.
Двигатель внутри вакуумной камеры
В конце концов, двигатель многократно запустили чисто на атмосферном газе, чтобы доказать жизнеспособность идеи. Таким образом, использование воздуха в качестве «топлива» (рабочего тела) для электрического двигателя — это больше не фантастика, а вполне рабочая идея.
Комментарии
Комментарий удален модератором
Комментарий удален модератором
Не все даже рабочие идеи можно быстро воплотить в работающую промышленную модель.. С малыми габаритами, приемлемым потреблением топлива, электричества и пр.
и все ученые дерзания
пошли от Каина: свой сук
ломал он с дерева познания.
(с)
:))))
Комментарий удален модератором
Интересно, что сила максимального аэродинамичского драга на первой космической на высоте 200 км всего 3 грамма, как следует из таблицы, и из-за этого "почти ничего" собираются поднимать на орбиту довольно массивную ионную пушку. Возможно дополнительных затрат топлива на пушку как раз и хватило бы, чтобы подняться на нормальную высокую орбиту, откуда спутник и без пушек не свалится.
хорошо что диванные эксперты все знают )))
а нужны то низкоорбитальные летающие долгое время.
Термосфера
Верхний предел — около 800 км. Температура растёт до высот 200—300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остаётся почти постоянной до больших высот. Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения происходит ионизация воздуха ("полярные сияния") — основные области ионосферы лежат внутри термосферы. На высотах свыше 300 км преобладает атомарный кислород.
https://traditio.wiki/%D0%90%D1%82%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%84%D0%B5%D1%80%D0%B0_%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D0%B8#.D0.A2.D0.B5.D1.80.D0.BC.D0.BE.D1.81.D1.84.D0.B5.D1.80.D0.B0
Водород преобладает на высотах 2-3 тыс. км, это практически открытый космос ))
Подобных систем пока не придумано и не испытано, в частности в выше описанной конструкции таких процедур нет. И тут не все так просто, поскольку ускоряющая разность потенциалов неизбежно распространяется и на ВСЁ окружающее пространство, но в обратную сторону. Когда выстреливается нейтральный поток молекул - это одна история, а при испускании заряженных частиц они будут двигаться по замкнутым силовым линиям электрического поля, возвращаясь обратно на спутник и практически полностью обнуляя реактивную тягу.