Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое удельный импульс ионного двигателя

Удельный импульс

Уде́льный и́мпульс, удельный импульс тяги [1] — показатель эффективности реактивного двигателя или ракетного топлива (топливной пары, рабочего тела). Иногда для реактивных двигателей используется синоним «удельная тяга» (термин имеет и другие значения), при этом удельная тяга применяется обычно во внутренней баллистике, в то время как удельный импульс — во внешней баллистике. Размерность удельного импульса, если известна масса (в кг), есть размерность скорости, в системе единиц СИ это метр в секунду. Если же вместо массы известен вес (в ньютонах) то размерностью удельного импульса является секунда. Удельный импульс топлива, выраженный в секундах, имеет физический смысл максимального времени, в течение которого данное топливо в невесомости может придавать постоянное ускорение в 1 «g» постоянной массе, равной начальной массе топлива, в предположении идеального теоретически возможного двигателя.

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время внимание большого числа российских и зарубежных ученых, работающих в области астрофизики, космохимии и планетологии, в значительной степени обращено на малые небесные тела Солнечной системы. Свидетельством этому является большое количество реализованных космических миссий, основной задачей которых является исследование таких небесных тел.

В качестве примеров автоматических межпланетных станций (АМС), осуществлявших исследование малых небесных тел Солнечной системы, можно привести следующие АМС: Galileo, NEAR Shoemaker, Deep Space-1, Stardust, Hayabusa и Hayabusa-2, Rosetta, Dawn [2–6].

Это далеко неполный список реализованных космических миссий к малым телам Солнечной системы. Уже само их количество говорит о чрезвычайной актуальности задач по изучению таких небесных тел.

Вместе с тем, проектный анализ подобных космических проектов показывает, что запас рабочего топлива на борту КА, необходимый для осуществления того или иного межпланетного перелета, оказывается очень значительным. Это может приводить к чрезмерному увеличению стартовой массы КА, уменьшению доли комплекса научной аппаратуры.

В связи с этим ЭРДУ, построенные на базе холловских или ионных электроракетных двигателей (ЭРД), находят все большее применение в составе межпланетных КА.

Широко известно, что использование ЭРД в составе маршевых двигательных установок КА позволяет существенно увеличить эффективность космических транспортных операций за счет высокого удельного импульса тяги, которым обладают такие двигатели. Некоторые космические миссии принципиально не могут быть реализованы без применения ЭРД.

В данной работе представлены результаты проектно-баллистического анализа космической миссии малого КА, оснащенного ЭРДУ на базе перспективного высокочастотного ионного двигателя ВЧИД-11, разработка которого ведется в настоящее время. Основные характеристики данного варианта ЭРД представлены в следующем разделе.

История [ править | править код ]

Ионный двигатель является первым хорошо отработанным на практике типом электрического ракетного двигателя. Концепция ионного двигателя была выдвинута в 1917 году Робертом Годдардом [7] , а в 1954 году Эрнст Штулингер ru en детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями [8] .

В 1955 году Алексей Иванович Морозов написал, а в 1957 году опубликовал в ЖЭТФ статью «Об ускорении плазмы магнитным полем» [9] [10] . Это дало толчок к исследованиям, и уже в 1964 году на советском аппарате «Зонд-2» первым таким устройством, выведенным в космос, стал плазменно-эрозионный двигатель конструкции А. М. Андрианова. Он работал в качестве двигателя ориентации с питанием от солнечных батарей [11] .

Первый американский функционирующий ионный электростатический двигатель (создан в США в НАСА John H. Glenn Research Center at Lewis Field) был построен под руководством Гарольда Кауфмана ru en в 1959 году. В 1964 году прошла первая успешная демонстрация ионного двигателя в суборбитальном полёте (SERT-1) [1] . Двигатель успешно работал в течение запланированной 31 минуты. В 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II) [12] . Малая тяга и низкий КПД надолго отвадили американских конструкторов от применения электрических и ионных двигателей.

Тем временем в Советском Союзе продолжалась разработка и улучшались характеристики. Были разработаны и применялись различные типы ионных двигателей на различных типах космических аппаратов. Двигатели СПД-25 тягой 25 миллиньютон, СПД-100 [13] , и другие серийно устанавливались на советские спутники с 1982 года [14] .

В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя — 10 ноября 1998 г.). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003 года [15] , и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду Итокава в мае 2003 года [1] .

Читать еще:  Бензиновый двигатель работает как дизельный в рено

Следующим аппаратом НАСА, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначен для изучения Весты и Цереры и несёт три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1 [1] .

Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверхнизкую околоземную орбиту высотой около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник [1] .

Влияние физических законов

В Космической Программе Кербала расход топлива на большинстве двигателей зависит от атмосферного давления, с самым низким потреблением в вакууме. Таким образом, самый высокий удельный импульс — в вакууме. В реальном мире, обычно, — наоборот: расход топлива всегда остается одним и тем же, но тяга возрастает в течение длительного времени, потому что проще иметь устойчивую скорость истечения топлива. Поскольку, также увеличивается тяга с таким же самым расходом топлива, что более эффективно, то удельный импульс также растет. Удельный импульс может быть вычислен при использовании этого метода только для ЖРД, а не для воздушно-реактивных двигателей, поскольку они работают на другом принципе.

Несмотря на то, что модуль единичного импульса — скорость, она обычно ниже, чем скорость истечения газа, потому что часть потребляемого топлива не используется непосредственно для движения, но крутит турбонасосы для передачи топлива двигателю.

Коэффициент преобразования

Для преобразования удельного импульса между удобным весовым удельным импульсом и физически значимым удельным импульсом, он должен быть преобразован с использованием g. По-видимому, это значение не 9.81 м/с², которое используется в настоящем мире. Для определения коэффициента можно использовать следующую формулу:

Например, жидкотопливные двигатели используют в качестве компонентов топлива окислитель и жидкое топливо. При использовании одного ЖРД «Грот» на Стартовом столе при полной тяге будет использовано 48.96 единиц жидкого топлива и 59.84 единиц окислителя, в результате чего получится весовой удельный импульс в 280.8 секунд и тяга в 1.5 МН. Это дает коэффициент преобразования между 9.81873052 м/с² и 9.8205356 м/с², при предположении, что плотность жидкого топлива и окислителя составляет 5 кг за единицу. С уменьшением весового удельного импульса двигателя, возможно получить более высокую массу истекающего потока, улучшая коэффициент преобразования до значения между 9.81994836 м/с² и 9.82006181 м/с² при использовании тяги всего в 85 кН и весового удельного импульса в 1 секунду для любого давления. [1] Значения не точны, потому что точная масса потоков не известна. Можно предположить, что коэффициент преобразования — примерно 9.82 м/с² делает двигатели немного эффективнее, чем ожидается. [2]

Содержание

Принцип ионного двигателя довольно давно известен и широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе, но для космонавтики стал доступен только в последнее время. Однако реальный ионный двигатель по величине тяги оказался намного хуже фантастических моделей [1] .

Прообраз ионного двигателя был создан в 1917 году Робертом Годдардом, а в 1954 году Эрнст Штулингер улучшил характеристики ионного двигателя [1] .

В 1960 году был построен первый функционирующий широко-лучевой (broad-beam) ионный электростатический двигатель (создан в США в NASA Lewis Research Center). В 1964 году — первая успешная суборбитальная демонстрация ионного двигателя (SERT I) [1] тест на выполнимость нейтрализации ионного луча в космосе.

В 1970 году — испытание на длительную работу ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II). С 1970-х годов ионные двигатели на эффекте Холла использовались в СССР в качестве навигационных двигателей (двигатели СПД-60 использовались в 1970-х годах на «Метеорах», СПД-70 на спутниках «Космос» и «Луч» в 1980-х, СПД-100 в ряде спутников в 1990-х). [2]

В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 [1] (первый запуск двигателя 10 ноября 1998). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003, и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду в мае 2003.

Следующим аппаратом NASA, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначается для изучения Весты и Цереры, и несет три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1.

Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверх-низкую околоземную орбиту высотой всего около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник.

Читать еще:  Будет работать двигатель если выкрутить свечу

Когда изобрели ионный двигатель

При всей перспективности ионного двигателя, первый раз его концепцию предложил еще в 1917 году Роберт Годдард. Только спустя почти 40 лет Эрнст Штулингер сопроводил концепцию необходимыми расчетами.

В 1957 году вышла статья Алексея Морозова под названием ”Об ускорении плазмы магнитным полем”, в которой он описал все максимально подробно. Это и дало толчок к развитию технологии и уже в 1964 году на советском аппарате ”Зонд-2” стоял такой двигатель для маневров на орбите.

Первый аппарат в космосе с ионным двигателем.

По сути, ионный двигатель является первым электрическим космическим двигателем, но его надо было дорабатывать и совершенствовать. Этим и занимались долгие годы, а в 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе. Показанный тогда малый КПД и низкая тяга надолго отбили желание американской космической промышленности пользоваться такими двигателями.

Ученые поймали очередной сигнал из космоса, но теперь он регулярно повторяется

В СССР разработки продолжались и после этого времени. И европейское, и американское космические агентства вернулись к этой идее. Сейчас исследования продолжаются, а выведенные на орбиту образцы двигателей, хоть и не могут быть главным тяговым элементом управления, но зато проходят ”проверку боем”. Собранная информация позволит увеличить мощность ионного двигателя. По разной информации, так удалось увеличить тягу самого мощного подобного двигателя более чем до 5 Н. Если это так, то все действительно не зря.

Удельный ионный двигатель вибросито

Удельный импульс — Википедия

Уде́льный и́мпульс, удельный импульс Ионный двигатель: 30 000: 3000 Плазменный двигатель : 290 000 [источник не указан 1188 дней] 30 000 [источник не указан 1188 дней] См также Формула Циолковского; Значения удельного импульса при

Реактивная тяга или как устроен ионный

Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой Дело в том, �

Вибросито конструкция и разновидности

От того, какое вибросито стоит на буровой установке, и насколько качественно оно будет производить работу, зависит весь процесс получения бурового раствора и его дальнейшей переработки Основными показателями, по к�

Как работает ионный двигатель Принцип

Ионный двигатель создает очень большой удельный импульс но очень маленькую тягу обусловленную массой выбрасываемых частиц Это значит, что разогнать космический корабль он может, но ускорение будет небольшим и на

Ионный двигатель: masterok — LiveJournal

А эта экономичность (удельный импульс) прямо пропорционально зависит от скорости выбрасываемой реактивной струи Так вот, в опытном двигателе, названном «Двухступенчатый с четырьмя решётками» (DualStage 4Grid — DS4G), постр

ESA испытало прямоточный ионный двигатель

ESA испытало прямоточный ионный двигатель ESA/Sitael Европейское космическое агентство провело испытания прямоточного ионного двигателя, использующего в качестве рабочего тела воздух из окружающей атмосферы Предпола

Ионные, ядерные и плазменные двигатели для

Удельный импульс этой системы можно довести до 5000 с В качестве силовой установки можно использовать и компактный термоядерный реактор, но его в самом лучшем случае создут лет через 50 Писателифантасты и популяриза�

Впервые запущен спутник с ионным двигателем

26/01/2021 Ионный пропеллент предварительно загружен в npt30i2 Когда двигатель запускается, свеча нагревается и йод переходит в газ Затем молекулы йода получают электрический заряд и ускоряются, создавая тягу до 1,1 мН и

Как работает ядерный двигатель

Этот важнейший параметр ракетного двигателя называется удельный Двигатель космического корабля должен был состоять из ионизированных частиц, создающих тягу, и компактного ядерного реактора, обеспечивающего уст

Русский ядерный двигатель для космического

Русский ядерный двигатель для космического корабля: Миф или ближайшее будущее? Фото: 3Dsculptor / Shutterstock Космический корабль с ядерной двигательной установкой может отправиться на орбиту уже в этом году Но может и не о

Крупногабаритные высокочастотные ионные двигатели

Описывается крупногабаритный высокочастотный (ВЧ) ионный двигатель (ИД) ВЧИД45 с ионизатором диаметром 486 см номинальной мощностью 35 кВт, тягой 760 мН и удельным импульсом 7000 с Планируемый ресурс должен быть не менее 5

Ионные, ядерные и плазменные двигатели для

Удельный импульс этой системы можно довести до 5000 с В качестве силовой установки можно использовать и компактный термоядерный реактор, но его в самом лучшем случае создут лет через 50 Писателифантасты и популяриза�

Читать еще:  Вибрация двигателя на холостых оборотах вольво

Удельный импульс и эффективность двигателя

(Самый высокий полученный до сих пор удельный импульс для химического реактивного двигателя составил 542 с; в качестве топлива этот двигатель использовал экзотическую смесь водорода, лития и фтора) Ионный движок

NASA испытало рекордный ионный двигатель

Ионный двигатель диаметром один метр весит 227 килограммов и оснащён тремя каналами выхода плазмы, что позволяет уменьшить его габариты по сравнению с одноканальными двигателями Работу Х3

Фотонный и ионный двигатели

ИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ в субботу 30092003 с космодрома Куру ракетойносителем «Ариан 5» была успешно выведена в космическое пространство исследовательская станция европейского космического агентства SMART 1 Спутник создан �

Электроракетные двигатели составная часть космических

УДЕЛЬНЫЙ ИМПУЛЬС (ТЯГИ) m ИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ; Схема ионного двигателя ; Гарольд Кауфман; ПРИМЕНЕНИЕ ИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В МИРЕ; Двигатель; XIPS13; XIPS25 NSTAR µ10 RIT10; T5 КА; HS601HP; HS702 DS1, DAWN Hayabusa EURECA, Artemis Artemis, GOCE Назначение КА

Русский ядерный двигатель для космического

Русский ядерный двигатель для космического корабля: Миф или ближайшее будущее? Фото: 3Dsculptor / Shutterstock Космический корабль с ядерной двигательной установкой может отправиться на орбиту уже в этом году Но может и не о

В NASA протестировали ионный двигатель

В НАСА испытали ионный двигатель x3, разработанный специалистами из Мичиганского университета Устройство побило несколько рекордов, в том числе достигло максимальных на данный момент мощности, тяги и рабочего тока

Российские ионные двигатели станут проблемой

Новейший ионный двигатель российского производства способен совершить технологическую революцию и стать большой проблемой для США, считают китайские аналитики Не столь давно стало известно, что в России

Удельный импульс и эффективность двигателя

(Самый высокий полученный до сих пор удельный импульс для химического реактивного двигателя составил 542 с; в качестве топлива этот двигатель использовал экзотическую смесь водорода, лития и фтора) Ионный движок

Reaction engine/ru Kerbal Space Program Wiki

Ионный двигатель Представлен в игре только одним двигателем Рабочее тело ионизированный газ, в ksp это ксенон Атомы газа ионизируются, а затем ускоряются в электростатическом поле и этим создают тягу Преимущества

Российские ионные двигатели станут проблемой

Новейший ионный двигатель российского производства способен совершить технологическую революцию и стать большой проблемой для США, считают китайские аналитики Не столь давно стало известно, что в России

Удельный импульс — Википедия

Поэтому удельный импульс называют также эффективной сколько секунд данный двигатель сможет создавать тягу в 1 Н, истратив при этом 1 кг топлива (или тягу в 1 кгс, истратив при этом 1 тем топлива) При другом толкован�

Как работает ионный двигатель Принцип

Ионный двигатель создает очень большой удельный импульс но очень маленькую тягу обусловленную массой выбрасываемых частиц Это значит, что разогнать космический корабль он может, но ускорение будет небольшим и на

Фотонный и ионный двигатели

ИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ в субботу 30092003 с космодрома Куру ракетойносителем «Ариан 5» была успешно выведена в космическое пространство исследовательская станция европейского космического агентства SMART 1 Спутник создан �

Удельный импульс и эффективность двигателя

(Самый высокий полученный до сих пор удельный импульс для химического реактивного двигателя составил 542 с; в качестве топлива этот двигатель использовал экзотическую смесь водорода, лития и фтора) Ионный движок

Впервые запущен спутник с ионным двигателем

26/01/2021 Ионный пропеллент предварительно загружен в npt30i2 Когда двигатель запускается, свеча нагревается и йод переходит в газ Затем молекулы йода получают электрический заряд и ускоряются, создавая тягу до 1,1 мН и

Ракетные двигатели, их разнообразие,

09/01/2016 Электрический ракетный двигатель Этот тип имеет самый большой потенциал развития и использования в будущем Электрические ракетные двигатели подают большие надежды Так, их удельный

Сравнительная оценка эффективности

5 Электроракетный двигатель ЛИП Д5 О Таблица 8 Массовые характеристики ИПД на базе АИПД53 Подсистема Масса, кг Современный уровень Перспективный уровень Двигатель (4 шт) 1,5 х 4 = 6,0 1,2 х 4 =4,8

Обзор состояния и тенденций развития

Удельный импульс составил 1800 с Для питания данного двигателя компанией TASB создан прибор PPU Mk2 Рис 2 Ионный двигатель NEXT Япония Разработана модификация ионной двигательной системы (IES

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector