Изображение предоставлено: ESA
Миссия Европейского космического агентства SMART-1 будет использовать революционный ионный двигатель для поиска доказательств того, что Луна образовалась после сильного столкновения меньшей планеты с Землей. Ионный двигатель работает, ускоряя ионизированные частицы газа в постоянном потоке в течение месяцев или даже лет. Хотя тяга очень мала, она очень эффективна и требует доли топлива, которую используют традиционные ракеты.
Поклонники научно-фантастических фильмов знают, что если вы хотите путешествовать на короткие расстояния от своей родной планеты, вы бы использовали легкий «ионный драйв». Тем не менее, является ли такой ионный двигатель научной фантастикой или научным фактом?
Ответ лежит где-то посередине. Ионные двигатели датируются как минимум 1959 годом. Два ионных двигателя были даже испытаны в 1964 году на американском спутнике SERT 1 - один был успешным, а другой - нет.
Принцип - это просто обычная физика - вы берете газ и ионизируете его, что означает, что вы даете ему электрический заряд. Это создает положительно заряженные ионы газа, а также электроны. Ионизированный газ проходит через электрическое поле или экран в задней части двигателя, и ионы покидают двигатель, создавая тягу в противоположном направлении.
Очень экономичный
Работая в космическом вакууме, ионные двигатели выпускают газ-вытеснитель намного быстрее, чем струя химической ракеты. Поэтому они обеспечивают примерно в десять раз большую тягу на килограмм используемого топлива, что делает их очень «экономичными».
Несмотря на свою эффективность, ионные двигатели являются устройствами с очень малой тягой. Количество толчка, которое вы получаете за количество используемого топлива, очень хорошее, но оно не очень сильно. Например, астронавты никогда не смогут использовать их для снятия с поверхности планеты. Однако, оказавшись в космосе, они могли бы использовать их для маневрирования, если не торопятся быстро ускоряться. Почему? Ионные приводы могут достигать высоких скоростей в космосе, но им нужно очень большое расстояние, чтобы со временем достичь таких скоростей.
Неторопливое преимущество
Ионные двигатели работают свое волшебство неторопливо. Электрические пушки ускоряют ионы. Если мощность для этого ускорения исходит от солнечных батарей космического корабля, ученые называют его «солнечно-электрическим двигателем». Панели солнечных батарей такого размера, которые обычно используются на современных космических кораблях, могут обеспечить мощность всего в несколько киловатт.
Поэтому ионный двигатель на солнечной энергии не может конкурировать с большой тягой химической ракеты. Однако типичная химическая ракета горит всего несколько минут, в то время как ионный двигатель может мягко толкаться в течение месяцев или даже лет - до тех пор, пока светит Солнце и длится запас топлива.
Еще одним преимуществом плавного толчка является то, что он обеспечивает очень точное управление космическим кораблем, что очень полезно для научных задач, которые требуют высокоточного наведения цели.
Обеспечение места ЕКА в космосе
Инженеры впервые испытали ионный двигатель в качестве основной двигательной установки, используя миссию НАСА Deep Space 1 в период с 1998 по 2001 год. Миссия ESA SMART-1, которая должна быть запущена в конце августа 2003 года, отправится на Луну и продемонстрирует более тонкие операции такой нужен в будущих дальних миссиях. Они объединят солнечно-электрическую тягу с маневрами, впервые используя гравитацию планет и лун.
SMART-1 обеспечит независимость Европы в использовании ионных двигателей. Ожидается, что другие космические научные миссии будут использовать ионные двигатели для сложных маневров вблизи орбиты Земли. Например, миссия ЕКА LISA будет обнаруживать гравитационные волны, исходящие из далекой Вселенной. Будущие миссии ЕКА на планеты также будут использовать ионные двигатели, чтобы отправлять их в путь.
Теперь наука факт
Современные реалии солнечно-электрического движения могут не совпадать с магией кинофильмов с космическими кораблями, летающими на экранах наших кинотеатров. Тем не менее, работа ЕКА над SMART-1 и будущими миссиями обеспечивает, чтобы ионные приводы стали в большей степени научным фактом, чем научной фантастикой.
Источник: ESA News Release
