Iónový motor

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Iónový motor NSTAR, 2.3 kW
elektrostatický iónový pohon

Iónový motor, alebo iónový pohon je reaktívny motor, ktorý vytvára ťah urýchľovaním a vystreľovaním iónov v protismere zamýšľaného zrýchlenia, za pomoci elektrickej energie.[1] Pre nízky dosahovaný ťah pohonu a teda mimoriadne nízke dosahované zrýchlenia, má obmedzenú špecifickú oblasť použitia. Používa sa najmä pre nepilotované dlhodobé kozmické misie a na dosahovanie vysokých kozmických rýchlostí.[2] Iónové motory dosahujú extrémne vysokú výtokovú rýchlosť paliva, čím dosahujú vysoký špecifický impulz, čo je ich hlavnou výhodou.[3]

Všeobecný princíp funkcie[upraviť | upraviť zdroj]

ABEP, koncept iónového motora využívajúceho vysokú atmosféru.
  • Iónový motor väčšinou používa pracovnú látku, ktorá sa ľahko skladuje, ľahko ionizuje a podľa možnosti minimálne opotrebováva vlastný motor.[2] Existujú však aj moderné koncepcie (napr. ABEP), využívajúce na pohon zozbierané ióny z vysokej atmosféry vo výškach 200 – 1000 km nad povrchom Zeme[3]. Takýto koncept funguje podobne ako Bussardov náporový motor, len miesto fúzneho reaktora sú ióny urýchľované konvenčným spôsobom.
  • Ióny sa vhodným spôsobom ionizujú, napríklad tepelne, alebo mikrovlnne.
  • Pre ionizáciu a urýchlenie iónov je potrebný výkonný elektrický zdroj. Spravidla sa používajú solárne panely, alebo rádioizotopový termoelektrický generátor. Uvažujú sa tiež koncepty z jadrovým reaktorom, fúznym reaktorom, alebo s premenou tepelenej energie Slnka, či laseru pomocou stirlingovho motora.[4]
  • Následne sú ióny vhodným spôsobom urýchlené, najčastejšie:
    • elektrostaticky
    • hallovou silou
    • magnetoplazmatickým motorom
  • na záver sú vystreľované ióny často neutralizované elektrónovým delom, ktoré vstrekuje prebytočné elektróny do vyfukovaného iónového plynu.[2]

Základné typy iónových pohonov[upraviť | upraviť zdroj]

Pohon využívajúci Hallov efekt
Sonda Hayabusa2 s iónovým pohonom

Základné typy iónových pohonov delíme na:[5]

  • Elektrostatické pohony
    • Iónový motor s vysokonapäťovou urýchľovacou mriežkou
    • Iónový motor s Hallovým efektom
    • FEEP pohony
  • Elektromagnetické (plazmové)
    • Pulzné plazmové pohony (PPT)
    • Magnetoplazmadynamické pohony
    • Plazmové pohony bez elektródy
    • Magnetoplazmatický pohon s elektrotermálnym vysokofrekvenčným ohrevom, s variabilným špecifickým impulzom (VASIMR)
    • Mikrovlnný elektrotermálny pohon

Základné rovnice iónových pohonov[upraviť | upraviť zdroj]

Za najzákladnejšie rovnice pre iónový pohon považujeme ťah a špecifický impulz, teda výtokovú rýchlosť iónov.[6]

Ťah iónového pohonu môžme vypočítať z výkonu motora a špecifického impulzu:

Kde:

  • F je ťah motora v N,
  • η je účinnosť pohonu
  • P je elektrický výkon vo W,
  • Isp je špecifický impulz v sekundách (prevod: napr. Isp=332 s je 3320 m/s)

Za ideálných podmienok je kladným iónom udelená rýchlosť:

Príklady použitia iónových motorov[upraviť | upraviť zdroj]

Príklady použitia iónových motorov
Iónový motor Pohonná látka Napájanie (kW) Isp (m/s) Ťah (mN) Hmotnosť pohonu (kg) Satelit Cieľ satelitu
NSTAR[7] Xenón 2,3 33 000 92 8,33 Deep Space 1
Dawn
Prelet okolo asteroidu 9969 Braille
Sonda k planetkám Vesta a Ceres.
NEXT[7] Xenón 6,9 41 000 236 13,5 DART mission Test protimeteorickej obrany Zeme
impaktný cieľ 65803 Didymos
X3[8] Xenón, al. Kryptón 102 26 000 5400 230
AEPS[9] Xenón 13,3 29 000 600 25 PPE modul Výstavba lunárnej orbitálnej stanice
Lunar Gateway
ECR[10] Xenón 0,25 30 000 8 59 Hajabusa (4x ECR) Pristátie a návrat vzorky
asteroid 25143 Itokawa

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. NewScientist.com a ScienceDaily.com, science.sk. Pokročilý iónový pohon to dotiahne až na Jupiter [online]. novinky.vesmir.sk, 2003-12-11, [cit. 2021-10-12]. Dostupné online.
  2. a b c PENC, Ondřej. Iontový motor velikosti desetníku [online]. aldebaran.cz, [cit. 2021-10-12]. Dostupné online.
  3. a b HOUŠKA, Lukáš. ESA představila motor čerpající palivo z atmosféry. Kosmonautix.cz (Jihlava: Dušan Majer), 2018-03-11. Dostupné online [cit. 2021-10-12].
  4. ZUDELL, Doreen. Stirling Convertor Sets 14-Year Continuous Operation Milestone [online]. nasa.gov, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  5. KOUSAL, Jaroslav. Fyzikální pohony nejsou scifi [online]. adoc.pub, [cit. 2021-10-19]. Dostupné online. (po česky)
  6. Základy elektrických pohonov, Dan M. Goebel a Ira Katz. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters [online]. descanso.jpl.nasa.gov, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  7. a b Iontový motor NSTAR, NEXT, Gridded Ion Thrusters (NEXT-C) [online]. grc.nasa.gov, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  8. Iónový motor X3, Deep Space Travel: X3 Ion Thruster 2021 update [online]. espressoinsight.com, 2020-11-25, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  9. Pokročilé elektrické pohony, Jerry Jackson1, Scott Miller2, Joseph Cassady3. 13kW Advanced Electric Propulsion Flight System, Development and Qualification [online]. electricrocket.org, 2019, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
  10. Hayabusa Asteroid Explorer Powered by Ion Engines,ttp://electricrocket.org/IEPC/IEPC-2009-267.pdf

Pozri aj[upraviť | upraviť zdroj]