Iónový motor
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9e/Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg/220px-Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Ion_engine.svg/220px-Ion_engine.svg.png)
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]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8e/ABEP_Concept.jpg/220px-ABEP_Concept.jpg)
- 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]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2d/Wfm_hall_thruster.svg/220px-Wfm_hall_thruster.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/5f/Hayabusa2_Ion_thruster.jpg/220px-Hayabusa2_Ion_thruster.jpg)
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]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]- ↑ 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.
- ↑ a b c PENC, Ondřej. Iontový motor velikosti desetníku [online]. aldebaran.cz, [cit. 2021-10-12]. Dostupné online.
- ↑ 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].
- ↑ ZUDELL, Doreen. Stirling Convertor Sets 14-Year Continuous Operation Milestone [online]. nasa.gov, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
- ↑ KOUSAL, Jaroslav. Fyzikální pohony nejsou scifi [online]. adoc.pub, [cit. 2021-10-19]. Dostupné online. (po česky)
- ↑ 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)
- ↑ a b Iontový motor NSTAR, NEXT, Gridded Ion Thrusters (NEXT-C) [online]. grc.nasa.gov, [cit. 2021-10-13]. Dostupné online. (po anglicky)
- ↑ 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)
- ↑ 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)
- ↑ Hayabusa Asteroid Explorer Powered by Ion Engines,ttp://electricrocket.org/IEPC/IEPC-2009-267.pdf