Iontový motor

11. duben 2010 | 06.00 |

ion engineBudoucnost pohonu raket patří iontovému motoru.  Jeho koncepce vznikla už před sto lety v nápadech amerického průkopníka raketové techniky Roberta H. Goddarda. Ten v roce 1906 přemýšlel o elektrostatickém urychlování nabitých částic jako o raketovém pohonu a v roce 1917 si patentoval prvního předchůdce iontového motoru. Dnes se takové motory nacházejí na satelitech, kde udržují jejich pozici a výšku nebo na pohon sond daleko do hlubin vesmíru. Jsou výhodné z toho důvodu, že výrazně snižují hmotnost pohonných látek a jsou až 10x účinnější než rakety na chemické palivo.

Iontový motor svoji energii získává z fotovoltaických panelů. Nejběžnější typ tohoto motoru vytváří plazma jako pohonnou látku tím, že bombarduje neutrální plyn elektrony emitovanými z elektricky rozžhaveného vlákna. Nejdříve inženýři zkoušeli ionizované cesium nebo páry rtuti, ale tyto látky poškozovaly raketové trysky. Jako optimální se ukázal bezbarvý netečný plyn xenon, který má asi 4,5x hmotnost než vzduch.

Z palivové nádrže přichází plynný xenon do ionizační komory, kde elektromagnetické pole odtrhává z elektronových obalů atomů xenonu elektrony a vzniká plazma. Kladné ionty plazmatu se pak oddělují a urychlují na vysoké rychlosti působením elektrického pole mezi dvěma mřížkovými elektrodami o napětí až 1300 V na zádi kosmické lodi. Proud vyfukovaných iontů působí jako akce a reakcí je tah lodi v opačném směru. Ionty xenonu tak získají rychlost řádově v km/s.

Kladně nabité ionty jsou silně přitahovány a urychlovány k záporně nabité elektrodě na konci motoru. Pokud by však kladné ionty odcházely z motoru, pak by se motor nabíjel záporným nábojem a to by vedlo k přitahování iontů zpátky k motoru a vyrušení jeho tahu. Za tímto účelem vystřeluje zdroj elektronů (elektronové dělo) elektrony do kladného proudu iontů, čímž se elektricky zneutralizuje.

Tryska vytlačuje ionty z motoru ven, což dává plavidlu sice slabou, zato nepřetržitou hnací sílu. Slabá hnací síla je sice nevýhodou na lety na krátkou vzdálenost, ale při letech na větší vzdálenosti ve sluneční soustavě je vyvážena tím, že se jedná o "nepřetržitou" hnací sílu, která má mnohem menší nároky na objem uskladněného paliva než konvenční motory.

Jako první vyzkoušela na konci 20. století iontový motor NASA na své meziplanetární sondě Deep Space 1. Sondu ze Země vynesl raketový motor na chemické palivo, ale ve volném prostoru je konvenční motor nahrazen úspornějším iontovým motorem, který začne vydávat slabý ale stálý tah. Rychlost na počátku letu není nijak závratná, ale čím déle motor funguje, tím větší je rychlost sondy. Sonda užitím iontového motoru zrychlila až na 28 km/s přičemž spotřebovala méně než 74 kg xenonu. Před vyčerpáním paliva má tak sonda rychlost více než slušnou.

Při plném výkonu motor vyvine tah až 0,09 newton, což nám připadá velmi málo. Přirovnáme to ke zrychlení auta z 0 na 100 km/h během několika dnů. Protože, ale vakuum ve vesmíru neklade žádný odpor, tak i malý nepřetržitý tah motoru vede na urychlení na velké rychlosti. Tato vlastnost činí z iontového motoru vhodný nástroj pro mise do vzdáleného vesmíru.

Záběry z testování iontových motorů:

Zpět na hlavní stranu blogu

Hodnocení

1 · 2 · 3 · 4 · 5
známka: 1.33 (6x)
známkování jako ve škole: 1 = nejlepší, 5 = nejhorší

Komentáře