Silnik jonowy

Silnik jonowy sondy Deep Space 1
Testy silnika jonowego w laboratorium NASA

Silnik jonowy (ang. ion engine, ion propulsion system) – rodzaj silnika rakietowego, w którym czynnikiem nośnym są jony rozpędzane w wyniku oddziaływania elektromagnetycznego.

Był on najwydajniejszym z silników używanych (na rok 2003) w przestrzeni kosmicznej; jego impuls właściwy jest około 10 razy większy niż powszechnie stosowanych chemicznych silników rakietowych.

Prace nad silnikiem rozpoczęto w latach 50. XX wieku. Pierwsze wersje wykorzystywały do napędu pary rtęci (Hg). Obecnie powszechnie wykorzystywany jest gaz szlachetny ksenon.

Energia wyrzucająca gaz z silnika pochodzi z zewnętrznego źródła (najczęściej z baterii słonecznych). Najpierw atomy ksenonu pozbawiane są ładunku ujemnego – zostają przekształcone w jony dodatnie. Następnie są rozpędzane pod wpływem pola elektrycznego lub magnetycznego osiągając prędkość nawet do 36 km/s. Duża prędkość wyrzucanego czynnika daje dużą siłę ciągu przypadającą na jednostkę masy wyrzucanej substancji. Jednak ze względu na małą moc układu zasilającego masa wyrzucanego czynnika nie jest duża, zmniejszając przez to siłę ciągu rakiety. Statek wyposażony w taki silnik porusza się z małym przyspieszeniem.

Rodzaje silników jonowych

Silniki jonowe mają wiele różnych typów z których niektóre zostały już użyte, a część jest w fazie badań i koncepcji. Najbardziej znane z nich to:

Wykorzystanie w misjach

Silniki jonowe nie mogą być używane do wyniesienia rakiety z powierzchni Ziemi ponieważ mają za mały ciąg, niezdolny do przezwyciężenia siły grawitacji. Mogą być używane jedynie gdy pojazd znajduje się na orbicie. Pierwszy raz wypróbowano silnik jonowy w eksperymencie w locie suborbitalnym SERT 1 (1964 r.) i na orbicie w eksperymencie SERT 2 (1970 r.)[1]. Silnik jonowy elektrostatyczny wykorzystano także do napędu wystrzelonej w 1998 sondy Deep Space 1 lecącej w kierunku komety Borrely’ego. Napęd, zaprojektowany tak, aby pracował przez 200 godzin, w praktyce działał ponad 50 razy dłużej. Silnik Halla z kolei był wykorzystany w sondzie SMART-1 Europejskiej Agencji Kosmicznej. Silniki jonowe służą obecnie jako główny napęd japońskiej sondy Hayabusa i amerykańskiej Dawn.

Silnik tego typu posłużył, między innymi, do uratowania misji satelity Artemis, który 13 lipca 2001 został przez rakietę Ariane 5 umieszczony na niewłaściwej orbicie. Pierwsze manewry zmiany orbity wykonano klasycznym napędem chemicznym, ze względu na konieczność szybkiego opuszczenia pasów radiacyjnych Van Allena, zużyto na to 95% paliwa chemicznego. Ostatnie 5 tysięcy kilometrów satelita pokonał używając napędu jonowego. Pod koniec stycznia 2003 Artemis osiągnął docelową orbitę geostacjonarną.

Zobacz też

  • jonolot

Przypisy

  1. NASA, NASA – Space Electric Propulsion Test, 21 kwietnia 2018.

Media użyte na tej stronie

REF new (questionmark).svg
Autor: Sławobóg, Licencja: LGPL
Icon for missing references
Ion Engine Test Firing - GPN-2000-000482.jpg
This image of a xenon ion engine, photographed through a port of the vacuum chamber where it was being tested at NASA's Jet Propulsion Laboratory, shows the faint blue glow of charged atoms being emitted from the engine.

The ion propulsion engine is the first non-chemical propulsion to be used as the primary means of propelling a spacecraft. The first flight in NASA's New Millennium Program, Deep Space 1 is designed to validate 12 new technologies for scientific space missions of the next century. Ion propulsion was first proposed in the 1950s and NASA performed experiments on this highly efficient propulsion system in the 1960s, but it was not used aboard an American spacecraft until the 1990s.

Deep Space 1 was launched in October 1998 as part of NASA's New Millennium Program, which is managed by JPL for NASA's Office of Space Science, Washington, DC. The California Institute of Technology in Pasadena manages JPL for NASA.

The almost imperceptible thrust from the ion propulsion system is equivalent to the pressure exerted by a sheet of paper held in the palm of your hand. The ion engine is very slow to pick up speed, but over the long haul it can deliver 10 times as much thrust per pound of fuel as more traditional rockets.

Unlike the fireworks of most chemical rockets using solid or liquid fuels, the ion drive emits only an eerie blue glow as ionized (electrically charged) atoms of xenon are pushed out of the engine. Xenon is the same gas found in photo flash tubes and many lighthouse bulbs.