"Mars and back on a one tank!"

Доктор Patrick Neumann (университет Сиднея) в рамках своей докторской диссертации произвел разработку и изготовил экспериментальный ионный двигатель, который, согласно имеющейся информации, выигрывает по эффективности у лучшей разработки специалистов НАСА, ионного двигателя High Power Electric Propulsion (HiPEP). И высокая эффективность этого нового двигателя позволит в недалеком будущем реализовать концепцию, определяемую фразой: "На Марс и обратно на одном баке топлива".

 

Ионные двигатели производят тягу, ускоряя ионы газообразного топлива при помощи электрического или магнитного поля. В отличие от химических реактивных двигателей, что могут вырабатывать сотни тонн тяги, ионные двигатели вырабатывают тягу в несколько грамм, эквивалентную массе цента. Однако, химические двигатели способны проработать лишь несколько минут, в то время, как ионные могут работать непрерывно в течение многих тысяч часов. Что означает возможность медленного, непрерывного, но крайне эффективного (топливная эффективность) разгона космических кораблей с ионными двигателями до высоких скоростей.

В настоящее время существует несколько типов ионных двигателей. И у каждого из них имеется свой ряд преимуществ и недостатков. Некоторые чрезвычайно просты, но обладают низкой эффективностью, другие наоборот, способны произвести большую тягу, но весьма тяжелы и имеют сложную конструкцию. Различные группы ученых и инженеров постоянно находятся в поисках оптимальной конструкции ионных двигателей, основанных на новых принципах, способных обеспечить им максимальную эффективность, или хорошо перевернутых старых.

Самыми эффективными, в настоящее время, являются электростатические или электромагнитные ионные двигатели, использующие инертные газы, к примеру, ксенон, в качестве топлива (уместнее сказать «рабочего тела»). Ионизация этого газа осуществляется за счет электронной бомбардировки или радиочастотного возбуждения его молекул. Ионизированный газ, плазма, ускоряется при помощи электростатической сетки или магнитного поля. Из этого типа двигателей максимальную эффективность демонстрируют двигатели на эффекте Холла, использующие осевое электрическое поле и радиальное магнитное поле. Магнитное поле удерживает инжектируемые свободные электроны, которые сталкиваются с атомами газа и ионизируют их. Сила магнитного поля подобрана таким образом, что оно может удерживать электроны, а ионы газа свободно проходят через него и попадают в область ускорения.

Рекордсменом по эффективности среди всех ионных двигателей является двигатель HiPEP НАСА. В нем используется полый катод, работающий в камере типа электронного циклотрона, что обеспечивает его мощность в 40 кВт при скорости вылетающего из сопла потока газа в 90 тысяч метров в секунду. Новый двигатель является двигателем с импульсным катодом. Процессы, работающие в этом двигателе достаточно сложны, но конструкция такого двигателя максимально проста. Первый подобный двигатель был установлен на неудавшемся советском Зонде-2, запущенном в 1964 году. В недрах этого двигателя производился нагрев пластмассовой "таблетки", которая вскипала, выделяя ионизированный газ. Однако в конструкции тех времен из-за несовершенства технологических процессов и материалов было множество недочетов, что привело к низкой эффективности такого двигателя, большая часть выделяющегося газа не ионизировалась и попросту мешала разгону плазменного потока.

Двигатель Ноймана работает на схожем принципе. Только внутри него высоковольтный электрический разряд пропускается через "топливную таблетку", выступающую в качестве катода, испаряя с ее поверхности некоторое количество материала. Этот газообразный материал ионизируется, ускоряется и фокусируется при помощи магнитного поля, направляясь в выходное сопло двигателя.

Этот двигатель имеет преимущества перед двигателями на эффекте Холла. Во-первых, такой двигатель намного проще, во-вторых, он сможет работать непрерывно гораздо дольше. В качестве топлива двигатель Ноймана может использовать "таблетки" из магния, титана, ванадия, молибдена и даже из углерода. Во время испытаний экспериментального двигателя было выяснено, что он уступает некоторым ионным двигателям по количеству вырабатываемой тяги. Двигатели на эффекте Холла способны вырабатывать 30-40 мкН/Вт, в то время, как двигатель Ноймана вырабатывает 20 мкН/Вт, однако, с точки зрения вырабатываемого импульса силы, этот двигатель более эффективен.

Для измерения импульса берется время, которое требуется двигателю на выброс топлива, эквивалентного по массе импульсу. В случае системы HiPEP это время равно 9 600 (+/-200) секунд, а двигатель Ноймана делает это за 14 690 (+/-2000) секунд в зависимости от вида используемого топлива.

Доктору Нойману потребуется еще некоторое время на преодоление различных проблем технического плана, что должно привести к увеличению тяги его двигателя и к еще большему упрощению конструкции. И после этого новый двигатель можно будет рассматривать в качестве средства достижения любой точки Солнечной системы с отправной точкой в районе низкой околоземной орбиты.

Оригинал новости (первоисточник): Gizmag.com

Официальный сайт науч.группы профессора: Neumann.com

Переводчик: Silver