captcha image

A password will be e-mailed to you.

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)

Czego u nas szukaliście?

0 0 vote
Article Rating
Subscribe
Powiadom o
guest

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.

19 komentarzy
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
Maciej
Maciej
2 lat temu

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
Pawel Kraszewski
2 lat temu

„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
Filodendron
2 lat temu

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
Mike_P77
Reply to  Filodendron
2 lat temu

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

klb-300 ver2.1c
klb-300 ver2.1c
Reply to  Mike_P77
2 lat temu

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
klb-300 ver2.1c
Reply to  Mike_P77
2 lat temu

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

P!otrek
P!otrek
Reply to  Mike_P77
2 lat temu

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
klb-300 ver2.1c
Reply to  Filodendron
2 lat temu

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

człowiek od małpy
człowiek od małpy
Reply to  Filodendron
2 lat temu

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"
"Ekspert"
2 lat temu

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

"Ekspert"
"Ekspert"
2 lat temu

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

Piotr Anioł
Piotr Anioł
Reply to  "Ekspert"
1 rok temu

Niech najpierw zbudują taki działający napęd 🙂

Arturo S
Arturo S
2 lat temu

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
Łukasz Adamus
2 lat temu

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

pailk
pailk
2 lat temu

Musimy zbudować napęd Warp – wtedy podbijemy kosmos

juras
juras
Reply to  pailk
1 rok temu

Dołącz do dyskusji…

Juras
Juras
Reply to  juras
1 rok temu

Wtedy opalimy się bez filtrów, ekologicznie na brąz. I żyli długo i szczęśliwie !!

Juras
Juras
Reply to  pailk
1 rok temu

Gratulacje dla Palika. Pośmiałem się serdecznie

Janusz
Janusz
1 rok temu

To trochę mało by rządzić w kosmosie, ale ma jakiś potencjał w sobie taki napęd. Wybiegając troszkę dalej w przyszłość, kiedy człowiek będzie chciał opuścić galaktykę niezbędne będą mu trzy napędy a jeden z nich to napęd jonowy, oczywiście nie myślę tu o napędach takich jak odrzutowy czy rakietowy ach zapomniałem, że zapisano wam w głowie, że napęd odrzutowy działa tylko w atmosferze ziemskiej gdzie jest tlen, a poprzez spalanie paliwa, uzyskujemy ciąg. Proszę uwierzyć, że w galaktyce jest wiele takich miejsc gdzie można go wykorzystać, obłoki gazowe, czarna energia. Napęd grawitacyjny nada tylko sens, gdy będziemy musieli skorzystać z… Czytaj więcej »

Nie ma więcej wpisów
19
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x