"Mars and back on a one tank!"

» Новости

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

 

Ну что, на Марс или куда подальше?
Ну что, на Марс или куда подальше?
19 янв 2016 в 22:31, Новости
Ионный двигатель NEXT: более 5 лет работы без сбоев
Ионный двигатель NEXT: более 5 лет работы без сбоев
1 июл 2013 в 14:29,
  1. Silver

    Silver Гость 12 октября 2015 00:53 Автор

    Да что за фигня с оформлением?!

  2. Mr. Tin

    Mr. Tin 12 октября 2015 01:00

    Это я... Дух Дайджеста... Я буду ломать твое описание ,если ты не начнешь делать новости для дайджеста!

  3. Silver

    Silver Гость 12 октября 2015 01:04 Автор

    ))) я просто не стал лезть к вам в этот раз, коли у вас все уж готово.

  4. Mr. Tin

    Mr. Tin 12 октября 2015 01:04

    У нас никогда ничего нет! Иди хоть сейчас делай! am

  5. Silver

    Silver Гость 12 октября 2015 01:07 Автор

    Да у меня есть несколько заготовок для статей... слушай, а как вы текст на фон накладываете? Ворд? или просто как картинку? И какой шрифт, размер, отступы?

  6. Mr. Tin

    Mr. Tin 12 октября 2015 01:09

    Shared secret!Пшел завтра в 5 - 10 часов вечера к нам в чат, чайком угостим да научим делать!

  7. alexoff

    alexoff @Александр 12 октября 2015 01:17

    а это не что-то из серии EmDrive? мол, сейчас на коленке супердвигатель сделаем. кстати, а раскалять литий не лучше ли? вроде чем меньше молярка отбрасываемой частицы, тем выше импульс, поэтому водород круче всего и военные хотят нафигачить гидридов в пороха.

  8. Silver

    Silver Гость 12 октября 2015 01:28 Автор

    Насколько я понял, вопрос не просто в молярке, но и в других свойствах. От банального нахождения в природе в больших количествах (и дешевизны производства пеллет в принципе), до магнетических св-в.
    Цитата: alexoff
    а это не что-то из серии EmDrive?

    Возможно, но здесь скорее ребята преследуют немного иные цели (ну распил-то он по умолчанию, он и в Австралии распил, другое дело, что хоть часть госбюджета пойдет действительно на нужды университета, пусть может и не по назначению). Если изучить сайт Сиднейского университета (да и Ноймановский сайт), полагаю основная задача привлечь молодых специалистов к научной и исследовательской деятельности и вообще повысить привлекательность высшего образования. А там глядишь и движок как-то сам собой соберется...

  9. Nebula

    Nebula @Александр 12 октября 2015 01:30

  10. alexoff

    alexoff @Александр 12 октября 2015 01:56

    по идее чем меньше молярка, тем быстрее движется молекула при одной и той же температуре. магнитные свойства у всех приведенных элементов отсутствуют. вообще не понел, при чем тут ионные двигатели, вроде это же плазменный двигатель, который должен выжимать под 30000 с, только топливо другое.

  11. r0n1

    r0n1 12 октября 2015 03:02

    ох уж эти мамкины изобретатели и журналисты которые про них пишут.

  12. Gentleman

    Gentleman @Легион имя мне, ибо нас много. 12 октября 2015 07:17

    Вот читаю я такие статьи, и кажется что смогу провести старость на М... Луне, потом вспоминаю что твориться в мире, и понимаю что будет хорошо, если доживу до старости D:

  13. Bradley_

    Bradley_ 12 октября 2015 14:04

    Измеряем тягу в массе. О каких тут вычислениях речь, епта?

  14. Silver

    Silver Гость 12 октября 2015 14:14 Автор

    Ну это же научпоп. "Науку в массы!". Сильно сомневаюсь, что автор статьи имеет какое-либо отношение к дизайну двигателей. Да и чем тебя "кг/с" не устраивает?

  15. The_Petrovich

    The_Petrovich 12 октября 2015 14:15

    Ой, а можно я с вами?)

  16. MjasNick

    MjasNick @Николай 12 октября 2015 17:01

    А в чём собственно её измерять? К тому же, если прочитать чуть внимательнее, там указана эффективность тяги по отношению к затраченной энергии, при этом удельный импульс выше у нового двигла.
    А если совсем уж просто - тратит меньше массы рабочего тела, но жрёт больше энергии. А так как энергия в космосе вполне себе возобновляемый ресурс... laughing

  17. Bradley_

    Bradley_ 12 октября 2015 17:30

    Не нужно разбиратся в двигателях, что бы знать, что сила измеряется в ньютонах. И если инфу он брал не от фонаря, то там она была указана в каких-то единицах, верно?

    А килограммы в секунду - это слишком уж популярно, ага.

  18. Sergios

    Sergios @Сергей 12 октября 2015 17:41

    Ты правильно написал
    системы СИ
    но не все пользуются этой системой. Даже у нас она долго не могла прижиться, да что там, и сейчас олдфаги-профессоры не пользуются Паскалями и Ньютнами, а кг/с или кг/мм2, так как наочней. На всякий случай приведу пример наочности: 3 кг/мм2 означает, что проволока сечением 1 мм2 выдержит 3 кг подвешеной массы. В паскалях это будет 2940 кПа, что не совсем понятно, насколько хороша проволока.

  19. Басила

    Басила 12 октября 2015 17:46

    Разве ньютон - единица массы?)

  20. HURRICANE

    HURRICANE @- 12 октября 2015 18:56

    я тоже могу взять змеевик, прифигачить какие-то жестянки, засунуть внутрь таблетку активированного угля и сказать, что изобрёл оверкрутой ионный двигатель

  21. Gentleman

    Gentleman @Легион имя мне, ибо нас много. 12 октября 2015 19:01

    Но не сказали же. Так что "сидите на жопе ровно" и не возмущайтесь.

  22. Falco

    Falco @Сергей Кононов 12 октября 2015 19:10

    Напомнило:

  23. Басила

    Басила 12 октября 2015 19:53

    Ну малая молярная масса = большой объем. Канистры с литием или водородом тягать невыгодно. И явно есть еще какие-то соображения. Почему-то во всяких этих ионниках используют инертные газы, хотя тот же ксенон нифига не дешевый, а совсем наоборот.

  24. alex2001

    alex2001 @Александр 12 октября 2015 21:40

  25. Никита Кузнецов

    Никита Кузнецов @Никита 12 октября 2015 21:57

    Все, я загорелся идеей полета до дюны и обратно на одном баке с ксеноном(на крайняк, если одного будет мало, возьму 2). Если получится, скину скрины

  26. alexoff

    alexoff @Александр 12 октября 2015 22:06

    это не ионник, это плазменный двигатель. в космосе объем имеет мало значения, особенно это касается лития. но ксенон проще использовать, курим VASIMR. по поводу массы - стоимость ксенона ничтожна по сравнению со стоимостью аппарата, если заменить его на золото, то мало что изменится.

  27. Басила

    Басила 12 октября 2015 22:30

    Не так уж и ничтожна. Годовое производство планеты - 10 тонн. VASIMRы те же используют аргон, который на самом деле копейки стоит и это оправдывает чуть меньшую эффективность из-за больших затрат на первичную ионизацию РТ.
    По большому счету деление на плазменные и ионные - довольно условно, поскольку и там и там используется ионизированный газ - плазма. Разница в методах фокусировки и разгона пучка.

  28. alexoff

    alexoff @Александр 12 октября 2015 22:51

    10 т - это не какой-то технологический предел, просто не нужен. стоимость не нашел, вряд ли кило стоит больше трех миллионов деревянных. уверен, при желании с какого-нибудь газового месторождения наэкстрагируют еще много тонн.
    VASIMR использует аргон, так как они получают довольно жалкие гранты, на мой взгляд под эти задачи надо не пару лямов баксов в год подкидывать, а хотя бы по писят.

  29. Басила

    Басила 12 октября 2015 23:08

    Его из воздуха добывают, месторождений нету к сожалению. Тоже не нашел цен, все поисковики выдают сам-знаешь-что :)
    Но для понимания. Батя рассказывал, что стоимость стомилилитрового баллончика сжатого (возможно сжиженого) ксенона в 72м году стоил 250 тысяч советских рублей. Что сейчас легко за пару лямов баксов сойдет.
    Вояки его использовали в качестве рабочей среды супер-пупер лазера для сбивания целей на орбите. Так и не допилили, проблемы с управляющей оптикой оказались нерешаемы - из-за дикой плотности светового потока вскипало самое чистое стекло. А жаль, суровая штука могла получиться (

    А вообще, как я понял, выигрыш небольшой. Ну будет не 67% а 72% КПД. Так шо лишь бы давали на них деньги, а не на всякие em-drive.

  30. alexoff

    alexoff @Александр 12 октября 2015 23:18

    http://medgazprom.ru/node/35 - вот, за литр ксенона сжатого 190 тысяч рублей, подешевело laughing
    я думаю, что китайцы, которые выплавляют сейчас половину мирового чугуния, легко могут наперегонять и сто тонн. думаю, в газе его должно быть тоже немало, просто газпрому пофигу.

Последние сообщения с форума
  • Тема в разделе: Технические вопросы
    Просмотров: 735
    Ответов: 0
  • Тема в разделе: Технические вопросы
    Просмотров: 85723
    Ответов: 453
  • Тема в разделе: Предложения и Ошибки
    Просмотров: 234
    Ответов: 0
  • Тема в разделе: Модераторский раздел
    Просмотров: 164
    Ответов: 13
  • Тема в разделе: Моды
    Просмотров: 233452
    Ответов: 2633
    Все сообщения..
    Полный список последних сообщений
    Loading...

    Нашли ошибку?
    Вы можете сообщить об этом администрации.
    Выделив текст нажмите Alt+Enter