Strona główna | Kontakt | Zespół | IFPiLM | English version PL

Siatkowe silniki jonowe

Historia

Prostota zasad działania sprawiła, że siatkowe silniki jonowe były centralnym punktem większości zachodnich programów elektrycznych napędów przez kilka dziesięcioleci.
Prace nad technologią jonizowania przez zderzenia z elektronami zostały rozpoczęte w USA na początku lat 60-tych pod przewodnictwem H. R. Kaufmana. W ramach tych badań wykonano kilka lotów testowych w latach 70-tych i ostatecznie badania te doprowadziły do dzisiejszej generacji amerykańskich silników jonowych, XIPS (produkowane przez Boeinga) oraz silnik NSTAR, który napędzał sondę kosmiczną Deep Space I.

Silniki brytyjskiej produkcji UK-10 (a.k.a. T5) oraz UK-25 (T6) mają podobną konstrukcję, mimo że pułapkowanie elektronów jest uzyskane przez wykorzystanie elektromagnesów a nie przez magnesy stałe. Inną technologię rozwinięto w Niemczech, mianowicie w rodzinie silników RIT został zastosowany jonizator o częstotliwości radiowej. Również Japończycy wymyślili własny rodzaj silnika jonowego oparty na technologii mikrofalowego wzbudzania cyklotronowego, który pierwszy raz przetestowano w przestrzeni kosmicznej w roku 1994.

Podstawy działania

Schemat silnika jonowego

Ten rodzaj silników jonowych działa na zasadzie bezpośredniego elektrostatycz- nego przyspieszania jonów przez system siatek o różnych potencjałach.
W silnikach wystrzeliwujących jony takich jak przedstawiony na schemacie po prawej, paliwo (przeważnie ksenon) jest wprowadzane do komory jonizacyjnej gdzie znajdują się elektrony wyprodukowane przez centralnie położoną katodę i są tam uwięzione przez zastosowane pole magnetyczne. Podczas poruszania się wzdłuż pseudo-cykloidalnej trajektorii, elektrony zderzają się z neutrałami w wyniku czego powstają jony. Pierwsza siatka (siatka ekstrakcyjna) jest ustawiona na lekko negatywny potencjał w celu odfiltrowania elektronów przy jednoczesnym przepuszczaniu jonów. Kolejna siatka jest ustawiona na bardzo niski potencjał (typowo -1000 V) i przyspiesza wyekstrahowane jony.

Niemiecki silnik RIT i japońskie silniki mikrofalowe działają na tej samej zasadzie z wyjątkiem jonizacji, która jest zapewniona przez fale radiowe w wersji niemieckiej i przez mikrofale w japońskiej.

Typowe możliowści i zastosowanie

Silniki jonowe osiągają prędkości właściwe w przedziale 25-40 km/s i siłę ciągu poniżej 0.1 N, dla całkowitej sprawności rzędu 60%. Wyższe siły ciągu są teoretycznie osiągalne ale ładunek przestrzenny, który powstaje w przestrzeni między siatkami jest tak wysoki, że zaprojektowanie silnika o wysokim ciągu i niewielkich rozmiarach jest bardzo trudne.

Napędy jonowe są standardowo używane do misji typu NSSK (północno-południowe utrzymywanie stałej orbity, patrz NSKK) na komercyjnych geostacjonarnych satelitach amerykańskich od roku 1997. Ich wielki potencjał do napędzania sąd kosmicznych został zademonstrowany we wrześniu 2001 roku podczas zbliżenia się sondy NASA Deep Space-1 do komety Borrelly. Wkrótce po tym wydarzeniu niespodziewanie silnik jonowy został użyty jako pierwszy napęd elektryczny do przeniesienia satelity na inna orbitę. Stało się to ze względu na nieudane wystrzelenie na orbite ESA Artemis mission. Z kolei w 2003 roku po raz pierwszy użyto mikrofalowego napędu jonowego na japońskim statku kosmicznym Muses-C.

Back to the top