captcha image

Hasło zostanie wysłane na twojego e-maila.

Silnik jonowy X3 – świeci niebieskim, podobnym do palnika kuchenki gazowej, światłem. Jest niesamowicie wydajny. No i ma zasadniczą wadę, którą właśnie udało się częściowo zlikwidować.

Silnik X3 skonstruowany przez współpracujących z NASA naukowców z University of Michigan przeszedł kolejne testy i po raz kolejny pokonał ustanowione wcześniej rekordy. Naukowcy mają nadzieję, że ten przełom przybliży wizytę Ziemian na Czerwonej planecie.

Silnik jonowy stał się nie tylko ulubionym napędem statków kosmicznych z powieści i filmów science fiction, ale – jak czytamy – na stronie NASA, wybierają go również pracujący dla Agencji inżynierowie i naukowcy. To co czyni ten rodzaj napędu tak bardzo pożądanym, to jego parametry techniczne. Równocześnie są one też jego piętą achillesową, którą próbuje wyeliminować silnik X3, nad którym pracują właśnie naukowcy z University of Michigan.

Długo pracuje, wolno się rozpędza

Rakietowe silniki chemiczne, np. te które wynoszą astronautów w przestrzeń kosmiczną mają stosunkowo małą wydajność (35%). Dostarczają ogromnej mocy, ale dzieje się to w bardzo krótkim czasie. Dla przykładu trzy główne silniki RS-25 wynoszące na orbitę amerykańskie wahadłowce, działały tylko przez 8,5 minuty, a każdy z nich miał siłę ciągu równą 2279 kN (w próżni) i ważył ok. 3,5 tony.

Ten silnik jonowy waży tylko 8 kg, ma 40 cm średnicy i może rozpędzić statek kosmiczny do prędkości rzędu 110 000 km/h. (zdjęcie: NASA)

Silniki jonowe są przeciwieństwem rakietowych silników chemicznych. Z efektywnością paliwową na poziomie 90% mogą pracować w kosmosie przez dziesiątki dni, a do swojej pracy potrzebują stosunkowo mało paliwa. Z tego względu od wielu lat wykorzystywane są do sterowania satelitami, które utrzymują je we właściwej pozycji w stosunku do Ziemi zaś w sondach kosmicznych służą jako główny napęd.

Minusem napędów jonowych jest ich mała siła ciągu. W odniesieniu do silników montowanych na satelitach, należałoby nawet powiedzieć, że bardzo mała, bo wynosi zaledwie 0,5 newtona. NASA w swoim opisie silników jonowych przyrównuje ją do siły z jaką na dłoń naciska dziesięć 25-centówek, które ważą w sumie ok. 50 gramów. Dmuchając z podobną siłą może uda nam się utrzymać kartkę papieru na ścianie, ale nie przebić się przez atmosferę Ziemi i wystartować.

Mały ciąg oznacza również, że pojazdy kosmiczne napędzane silnikami jonowymi bardzo wolno się rozpędzają (co powiecie na 10 000 godzin?), za to ich maksymalne prędkości robią wrażenie: 90 000 m/s versus 8000 m/s, jakie mogły osiągać amerykańskie wahadłowce.

Jonowy silnik elektrostatyczny o sile ciągu 92 mN wykorzystany został jako główny napęd wystrzelonej w 1998 roku sondy Deep Space 1. Podczas trwającej dwa lata misji pracował w sumie przez 16 246 godzin i zużył tylko 72,12 kg paliwa! Pokazuje to nie tylko jak bardzo jest to efektywny napęd, ale też oznacza, że mniej kilogramów trzeba wynieść w kosmos.

Tak wygląda prototypowy silnik NEXT (zdjęcie: NASA)

NASA ocenia, że najnowsze silniki jonowe, takie jak znacznie bardziej wydajny silnik NASA’s Evolutionary Xenon Thruster (NEXT), są 10-12 razy efektywniejsze niż napędy chemiczne. Prototypowy silnik NEXT, który miał siłę ciągu 236 mN, pracował przez ponad 43000 godzin i zużył w tym czasie 770 kg ksenonu.

X3, czyli moc trzech

Jednak X3 jest inny niż wszystkie dotychczasowe silniki jonowe. Badacze z University of Michigan przy pomocy NASA i U.S. Air Force skonstruowali silnik Hala na „sterydach”. Jest to odmiana silnika jonowego, w którym jony ksenonu przyspieszane są polem elektrycznym. O tym, jak taki silnik działa opowiada poniższy film.

Napisałem, że był to silnik jonowy „na sterydach” nie bez powodu. Naukowcy wpadli bowiem na pomysł, że skoro napędy, jakie poleciały w kosmos na pokładzie Deep Space czy sondy Down (2 silniki ważące po 8,9 kg o maksymalnej sile ciągu 91 mN) są zbyt małe, to trzeba je powiększyć. Tak powstał X3 – znacznie większy niż poprzednie silniki jonowe. By jednak zminimalizować jego gabaryty – ma prawie metr średnicy i waży 227 kg – inżynierowie postanowili pojedynczy kanał, z którego wyrzucana jest wytwarzająca ciąg plazma, zastąpić trzema. Pozwoliło to uzyskać większy ciąg, bez powiększania średnicy silnika.

Komora próżniowa, w której testowano silnik X3. Jej opróżnianie z powietrza trwało 20 dni. (zdjęcie: NASA)

Podczas ostatnich testów, które odbyły się w komorze próżniowej NASA w Glenn Research Center, X3 pobił trzy rekordy jakimi mogą pochwalić się silniki jonowe. Osiągnął maksymalny ciąg równy 5,4 niutona – poprzednio było to 3,3 N. Dwukrotnie zwiększono również natężenie płynącego przez silnik prądu ze 112 do 250 amperów. Nieznacznie podniesiono też moc pobieraną przez X3: z 98 kW do 102 kW. 

Silnik X3 uruchomiony przy mocy 50 kW. (zdjęcie: NASA)

W porównaniu z „silniczkami” z sond kosmicznych to gigantyczny postęp, ale jak powiedział kierownik projektu Alec Gallimore w wywiadzie udzielonym portalowi Space.com, to wciąż za mało: „To, czego potrzebowalibyśmy do eksploracji kosmosu przez człowieka to system, który będzie w stanie przetworzyć około 500 kW, milion a nawet więcej.” „Napędy chemiczne mogą przetwarzać miliony kilowatów mocy, podczas gdy istniejące silniki elektryczne osiągają jedynie 3-4 kilowaty” – powiedział Gallimore.

Tak czy inaczej, zmiana siły ciągu z poziomu 90 miliniutonów na ponad 5 niutonów oznacza kilkudziesięciokrotne przyspieszenie w drodze na Marsa.

Źródło, zdjęcie otwierające: Sonda Dawn (NASA)

Nowy silnik jonowy NASA – świeci, popycha i bije rekordy
4.8 (96%) 5 głosów

Czego u nas szukaliście?

15
Dodaj komentarz

avatar
 
8 Comment threads
7 Thread replies
0 Followers
 
Most reacted comment
Hottest comment thread
12 Comment authors
Piotr AniołpailkŁukasz Adamusczłowiek od małpyArturo S Recent comment authors

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
najnowszy najstarszy oceniany
Powiadom o
Maciej
Gość
Maciej

Wespół z windą kosmiczną jest to jakieś rozwiązanie. Z drugiej strony bez napędów rewolucyjnych (antygrawitacja, bezmasowość itp.) rodem z kart książek hard SF. O eksploracji kosmosu nie ma co marzyć.

Pawel Kraszewski
Gość
Pawel Kraszewski

“Z tego względu od wielu lat wykorzystywane są do sterowania satelitami, które utrzymują je we właściwej pozycji w stosunku do Ziemi” – ma wrażenie, że temu akurat służą koła reakcyjne.
Silniki jonowe/chemiczne bardziej służą do korekty samej orbity (przede wszystkim do korygowania utraty prędkości przez tarcie rezydualnej atmosfery na niskich orbitach).

Filodendron
Gość
Filodendron

może rozpędzić statek kosmiczny do prędkości rzędu 110 000/h.

A co to za jednostka to „000”? Znam kilometry, mile, metry, etc., ale „000 na godzinę”?

Mike_P77
Gość
Mike_P77

I to koniec popisu Twojej wiedzy ? Nie mogłeś gościowi po prostu prywatnie napisać, że ma literówkę ?

klb-300 ver2.1c
Gość
klb-300 ver2.1c

zerknij na jego profil i jego posty , ten koles nic innego nie robi tylko przeglda fora internetowe i wylapuje literowki itp. i struga zioma ze taaki oczytany. rodzice muszą być z niego dumni. Beke mam z niego straszną.

klb-300 ver2.1c
Gość
klb-300 ver2.1c

wow , ale ty musisz byc mądry i oczytany i wogole taki elokwetny. podziwiam cie – chcialbym byc taki jak ty. jestes fajny.

P!otrek
Gość
P!otrek

Przynajmniej się stara.
PW? Po co jak przy okazji propaguje poprawną pisownię bo to co się dzieje po blogach i większych portalach to koszmar.

klb-300 ver2.1c
Gość
klb-300 ver2.1c

wow , ale ty musisz byc mądry i oczytany i wogole taki elokwetny. podziwiam cie – chcialbym byc taki jak ty. jestes fajny.

człowiek od małpy
Gość
człowiek od małpy

trochę złośliwości z pod klawiatury purysty językowego wyjdzie na dobre, może… bo nie ma tego złego… ale z drugiej strony to gość tak napisał, żeby było bardziej czytelne (praktyczne w odczycie), czy może się mylę ? sam tak piszę i uważam, że język oraz forma zapisu muszą być poprawne, ale wygodne dla mnie, a nie poprawne bo tak… tylko martwe języki nie ewoluują…

"Ekspert"
Gość
"Ekspert"

emdrive i tak zjada całą ideę silników jonowych bo nie potrzebuje żadnego paliwa, wystarczą panele słoneczne

"Ekspert"
Gość
"Ekspert"

emdrive i tak zjada całą ideę silników jonowych bo nie potrzebuje żadnego paliwa, tylko panele słoneczne

Piotr Anioł
Gość
Piotr Anioł

Niech najpierw zbudują taki działający napęd 🙂

Arturo S
Gość
Arturo S

Lem już kiedyś pisał, co z tego że osiągniemy prędkości połowy światła skoro do tej prędkości w akceptowalnych przeciążeniach będziemy rozpędzać się przez 6 miesięcy,

Łukasz Adamus
Gość
Łukasz Adamus

EmDrive to najwieksze gówno jakie zrobili promienia śmierci nie mozna tak uzywac czysta głupota

pailk
Gość
pailk

Musimy zbudować napęd Warp – wtedy podbijemy kosmos

Nie ma więcej wpisów