Ionski pogonski motor
    Subota, 08 Rujan 2018 16:33

    Ionski pogonski motor

    Ionski pogon (engl. ion thrusters) je vrsta električnog pogona za svemirske letjelice, koji stvara potisak s ubrzavanjem iona. Postoje dva osnovna oblika ionskih pogona, jedni koriste elektrostatičku silu i ubrzavaju ione u smjeru električnog polja, a drugi koriste Lorentzovu silu. Potisak koji stvara ionski pogon je vrlo mali u usporedbi s potiskom koje stvaraju rakete s kemijskim gorivom, ali je impuls sile veoma velik s obzirom na težinu goriva koji koristi, tako da je i pogonska iskoristljivost vrlo visoka. Danas se on koristi samo za pogon izvan Zemljine atmosfere. Ideju o ionskom pogonu je razvio još 1911. godine ruski znanstvenik Konstantin Ciolkovski. Prvi zapis o mogućnosti korištenja ionskog pogona je zabilježio Robert H. Goddard, a 1916. i 1917. godine, je vršio i prve pokuse. Iako je ionski pogon idealan za uvjete bez zraka, gotovo vakuumske uvjete, pokusi su se vršili ipak atmosferskim pritiskom. Prvi radni ionski pogon je napravio Harold R. Kaufman 1959. godine u NASA centru. Koristio je elektrostatičke ione na rešetci, a kao gorivo se koristila živa. Prvi test na stroju je napravljen 1960. godine, a prvi let u orbitu je proveden 1964. godine, u sklopu programa SERT 1 i uspješno je radio 31 minutu. Neovisno o tome, u Sovjetskom Savezu se 1950-tih i 1960-tih ravijao drukčiji Hall ionski pogon i on je korišten za rad na umjetnim satelitima od 1972. godine. Do 1990. godine je napravljeno skoro 200 takvih strojeva, a 1992. godine je ponuđen i za zapadno tržište. Ionski pogon koristi zrake iona za stvaranje potiska, u skladu sa zakonom o očuvanju količine gibanja. Način ubrzanja iona je različit, ali velika je prednost u odnosu električni naboj/masa iona, koji može stvoriti velike brzine ispušnih plinova. Na taj način se smanjuje masa goriva koja je potrebna za pogon raketa. S obzirom na masu goriva, ionski pogoni mogu stvoriti vrlo velike impulse sile. Nedostatak je da ne mogu stvoriti velika ubrzanja, pa se ne mogu koristiti za polijetanje raketa, već samo kao pogon u svemiru.

     

    HD IONSKI POGON 750 6


    Elektrostatički ionski pogoni

    Rešetkasti elektrostatički ionski pogon
    Rešetkasti elektrostatički ionski pogon (engl. gridded electrostatic ion thrusters) koristi uglavnom plin ksenon za pogon. Ksenon je neutralan plin, pa ga treba bombardirati s elektronima da se ionizira, obično s katodnom žarnom niti. Kada se ionizira, ioni se ubrzavaju s katode na anodu kroz električno polje (Kaufman tip). S druge strane, elektroni se mogu ubrzati s oscilirajućim električnim poljem koje inducira promjenjivo magnetsko polje zavojnice (radiofrekventni tip). [2] Pozitivno nabijene ione privlače 2 do 3 rešetke, koje ih također i ubrzavaju obično 1-2 keV, a ispuh se ostvaruje zbog razlike u potencijalu rešetki.

    Rešetkasti elektrostatički ionski pogon je ostvaren na projektima:
    NASA Solar electric propulsion Technology Application Readiness (NSTAR)
    NASA’s Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)
    Nuclear Electric Xenon Ion System (NEXIS)
    High Power Electric Propulsion (HiPEP)
    EADS Radio-Frequency Ion Thruster (RIT)
    Dual-Stage 4-Grid (DS4G)

    Hall ionski pogon
    Hall ionski pogon (engl. Hall effect thrusters) ubrzava ione korištenjem električnog potencijala između cilindrične anode i negativno nabijene plazme, koja stvara katodu. Plin ksenon ulazi blizu anode, gdje odmah postaje ioniziran, pa ione privlači katoda koja ih ubrzava, uz put pokupi elektrone i neutralan napušta s velikim brzinama. Anoda je na jednom kraju cilindrične cijevi, i u centru ima šiljak koji stvara radijalno magnetsko polje. Na ione uglavnom ne utiče magnetsko polje budući su veliki, ali na elektrone utiče šiljak na anodi, gdje budu uhvaćeni i neki se kreću spiralno, zahvaćeni s Hall strujom, te utječu na plin ksenon i ioniziraju ga.

    Ionski pogon s emisijom polja
    Ionski pogon s emisijom polja (engl. field emission electric propulsion – FEEP) koristi jednostavan sistem da ubrzava tekuće ione metala i obično se koristi cezij ili indij kao gorivo. On ima posudu u kojoj je tekući metal iz koje izlazi mali kanal kroz koji tekućina prolazi i prsten za ubrzanje. Kada tekući metal uđe u kanal, stvara se magnetsko polje koje ionizira tekući metal i ubrzava ga u električnom polju. Nakon toga ioni se neutraliziraju s vanjskim izvorom elektrona.

    HD IONSKI POGON 750 2

    Elektromagnetski ionski pogoni

    Induktivno pulsirajući ionski pogon
    Induktivno pulsirajući ionski pogon (engl. pulsed inductive thrusters – PIT) umjesto kontinuiranog pogona ima pulsirajući. Sastoji se od velike zavojnice koja okružuje stožastu cijev, u kojo se emitira plin, a to je obično amonijak. Velika količina naboja se stvara u kondenzatorima i nakon njihovog pražnjenja, stvara se impuls električne struje. Ona stvara i impuls magnetskog polja, koji ionizira amonijak, koji se ubrzava kroz magnetsko polje zbog Lorentzove sile.

    Ionski pogon s dinamičkom magnetskom plazmom
    Ionski pogon s dinamičkom magnetskom plazmom (engl. magnetoplasmadynamic – MPD), kao i litij ionski pogon s akceleratorom na Lorentzovu silu (engl. lithium Lorentz force accelerator – LiLFa), koriste kao gorivo plinove vodik, argon, amonijak ili dušik. U nekim slučajevima može koristiti i zrak iz Zemljine atmosfere kao pogon. Plin ulazi u glavnu komoru, gdje bude ioniziran izmedu anode i katode, s električnim poljem i kao plazma može provoditi električnu struju, koja stvara magnetsko polje oko katode, pa Lorentzova sila ubrzava plazmu.

    Bezelektrodni plazma ionski pogon
    Bezelektrodni plazma ionski pogon (engl. electrodeless plasma thrusters) ne koristi elektrode jer obično su one ograničavaju faktor za trajanje ionskog pogona, i imaju svojstvo da mogu prigušivati motor. Neutralni plin se ionizira S elektromagnetskim zračenjem, a zatim se u drugoj komori ubrzava s oscilirajućim električnim i magnetskim poljem. Zbog odvojenog ioniziranja i ubrzavanja iona, moguća je reguliracija određenog impulsa sile pogona.

    HD IONSKI POGON 750 3

    Elektrotermalni ionski pogon

    Postoji nekoliko vrsta tog pogona:
    Resistojet
    Arcjet
    Mikrovalni elektrotermalni ionski pogon
    Termalni ionski ciklotron ionski pogon (VASIMR)
    Helikon dvoslojni ionski pogon
    Helikon dvoslojni ionski pogon (engl. helicon double layer thrusters) izbacuje ionizirane plinove s velikom brzinom. Plin se ubacuje u cijevnu komoru koja ima jedan kraj otvoren. Radio frekventni izmjenični valovi (prototip je napravljen s 13,56 MHz) stvaraju specijalno oblikovane antene koje okružuju komoru. Radio valovi uzrokuju stvaranje plazme. Magnetsko polje je uglavnom konstantno, ali se u jednom dijelu grana, stvarajući kao magnetsku mlaznicu. Velika je razlika u gustoći plazme u komori i magnetskoj mlaznici, što omogućuje ubrzavanje i izbacivanje iona.

    Gorivo
    Kao gorivo najviše se koristi plin ksenon, jer treba malo energiju ionizacije, ima veliki atomski broj, ne reagira s drugim atomima i ne uništava toliko opremu motora. Nedostatak je što ga ima malo na Zemlji i vrlo je skup.
    Živa se koristila kod starih konstrukcija, ona je otrovna i vrlo skupa, a ima i tendenciju da reagira s metalima na svemirskoj letjelici.
    Bizmut je još uvijek predmet proučavanja i dosta obećaje, pogotovo za Hall ionski pogon.
    VASIMR ionski pogon teoretski može koristiti bilo koje gorivo, ali su testovi pokazali da je najpogodniji argon, kojeg ima dosta i jeftin je.

    Primjena
    Ionski pogon se dosta koristi kod svemirskih letjelica. Najbolji je kad treba mali potisak na neko duže vrijeme. Koristi se za promjenu orbite, podešavanje visine pogotovo u nižim slojevima atmosfere, prijenos goriva između raznih spremnika i za precizno podešavanje pozicije. Smatra se da bi bio veoma pogodan za međuplanetarne misije.

    HD IONSKI POGON 750 4


    REVOLUCIJA IZ NASA-e: ‘Novi pogon srušio je rekord na testovima, uskoro bi nas mogao odvesti na Mars’
    Novi NASA-in pogon srušio je rekord na testovima i vjeruje se kako bi nas upravo on mogao odvesti do Marsa. Novi pogon X3, koji je razvijen na sveučilištu u Michiganu u suradnji s američkim ratnim zrakoplovstvom i NASA-om koristi ione kako bi pokretao letjelicu. Pogon koristi tok iona kako bi pokretao letjelicu. Izbačena plazma omogućuje daleko veće brzine od bilo kakvog pogona koji se temelji na kemijskim reakcijama – klasične rakete dosežu do pet kilometara na sekundu, dok X3 postiže i 40 kilometara na sekundu (odnosno više od 140.000 km/h). Takva drastična razlika u brzini ključna je za dugotrajnije misije, a vođa tima Alec Gallimore ističe kako će vjerojatno ionski pogon poput ovoga odvesti ljude na Mars već u idućih 20 godina. Osim što su brži, ionski motori su znatno učinkovitiji. U timu su istaknuli kako bi ovaj ionski motor mogao proći 10 puta veću udaljenost od klasične rakete koristeći istu količinu goriva. Nedavni testovi pokazali su kako X3 motor može raditi snakom od 100kW, ostvarujući potisak od 55,4 njutna – više od ijednog drugog motora s ionskom plazmom, prenosi Futurism. Upravo je mali potisak (u usporedbi s kemijskim raketama), a time i sporo ubrzanje. najveći problem ionskih motora. Zato, iako mogu postići velike brzine, nisu prikladne za lansiranje. No, zato već postoje i drugi pogoni...

    Put do Mjeseca sa samo nekoliko kapi goriva
    Otputovati na Mjesec sa samo desetinom litre goriva stvarno se doima kao nešto nemoguće. Barem je tako bilo do sada, jer skupina stručnjaka već u punom jeku nastoji napraviti motor koji bi omogućio malim satelitima putovanje van granica Zemljine orbite koristeći jako male količine goriva. Jedini cilj ovog mikromotora jest drastično smanjivanje troškova istraživanja svemira. Ionski motor koji bi mogao promijeniti tijek istraživanja svemira, barem s financijske strane, dizajniran je prvenstveno za male satelite koji teže do svega stotinjak kilograma. Upravo bi njihova težina u kombinaciji sa ovakvim motorom omogućila da na svom putovanju sateliti skrenu iz orbite Zemlje, pa čak da otputuju na puno dalje destinacije do kojih inače mogu doputovati samo velike i skupe svemirske letjelice. Prototip kojeg su stručnjaci upravo izradili trebao bi biti ugrađen u satelit čija je trenutna misija čišćenje svemirskog otpada. Također bi još pokoji primjerak ovakvog motora trebao biti ugrađen u skupinu nanosatelita koji će bilježiti ultra-niske radio-frekventne signale s nama udaljene strane Mjeseca. Sama konstrukcija motora uistinu je zapanjujuća, iznimno je kompaktan i jako učinkovit. Prototip ovog mikromotora teži svega dvjestotinjak grama, uključujući gorivo i kontrolnu elektroniku. Stručnjaci kažu kako su nanosateliti zarobljeni u svojoj orbiti i kako je trenutna misija osloboditi ih pomoću ovih mikromotora. Trošak proizvodnje malih satelita i njihovog lansiranja u svemir zapravo je relativno malen – oko pola milijuna dolara. Ova brojka praktički je zanemariva ako ju usporedimo s iznosom potrebnim za izgradnju i lansiranje konvencionalnih satelita, koji iznosi stotine milijuna dolara.

    Motor koji ne izgara gorivo
    Ovaj mikromotor ne koristi uobičajeno, već ionsko gorivo. Čine ga električki nabijene molekule – ioni, a ono što je također posebno jest da je ova smjesa pri sobnoj temperaturi u tekućem obliku. Ioni se izvlače iz tekućine i izbacuju se pomoću električnog polja. U tome se vrlo jasno očituje razlika od „običnog“ goriva koji izgara. Polaritet električnog polja svakom sekundom se mijenja i time je omogućeno da svi ioni, pozitivni i negativni, u konačnici budu izbačeni. Najveću prepreku na početku predstavljala je činjenica da ovaj sustav ionskog izbacivanja zahtijeva visoki električni napon, a nanosateliti su ograničeni sa svega nekoliko malih solarnih ćelija. Ubrzo su stručnjaci savladali ovaj problem i uvjeti oko potrebnog električnog napona bili su zadovoljeni.

    CleanSpace One i prvo testiranje u svemiru
    Ovaj ionski motor biti će testiran u realnim uvjetima, u svemiru, najprije na nanosatelitu koji nosi ime CleanSpace One. Misija ovog satelita jest čišćenje svemira od otpada tako da ga prikuplja i povlači u atmosferu Zemlje gdje potom izgara. Iako već izrađen prototip motora ima još pokoju manu, nadamo se da će stručnjaci uskoro i ove posljednje zapreke savladati kako bismo vrlo ubrzo mogli svjedočiti nečemu što bi moglo promijeniti tijek daljnjeg istraživanja svemira. U početku vjerojatno ne u smislu revolucionarnih otkrića, ali već znatnim smanjivanjivanjem financijskih troškova pojedinih misija stručnjaci bi učinili puno.
    www.dnevno.hr

    HD IONSKI POGON 750 5

    NASA razvija pogon brži od svjetlosti
    'Moguće je da iskustvo putovanja iz Zvjezdanih staza za našeg života i nije tako neizvedivo kako se čini', rekao je nedavno dr. Harold Sonny White stručnjak za napredne tehnologije pogona u NASA-i. Dr. White i njegov tim ne samo da vjeruju da je tzv. warp pogon teorijski moguć, već su čak započeli rad na njegovu razvoju. Britanski fizičar Steven Hawking prošle je godine upozorio da ljudi moraju kolonizirati svemir ako žele opstati. 'Gotovo sam siguran da će Zemlju u narednih tisuću godina zadesiti neka katastrofa poput nuklearnog rata ili globalnog zatopljenja', rekao je i dodao: 'Zato je važno da koloniziramo svemir. Vjerujem da ćemo s vremenom uspostaviti samoodržive kolonije na Marsu i drugim tijelima u Sunčevom sustavu, mada možda ne u narednih sto godina.' No kako trenutno stvari stoje mi smo pravi početnici u istraživanju svemira. Došli smo do Mjeseca, lansirali smo nekoliko rovera na Mars i bespilotnih letjelica u svemir od kojih je najstarija, nakon tri i pol desetljeća došla tek do ruba Sunčeva sustava. Ako uistinu želimo nastaniti svemir, osobito druge sustave, trebat će nam mnogo napredniji pogon. S najmodernijom tehnologijom koju sada posjedujemo, poput ionskih motora, čak i do udaljenijih planeta našeg sustava trebale bi nam godine putovanja, što bi bilo nepraktično i zapravo besmisleno ako želimo ozbiljno razmišljati o istraživanju i naseljavanju svemira. Naravno, rješenje ovog problema ne bi trebalo tražiti mimo zakona fizike, a prema njima najveća brzina koja postoji u našem svemiru jest brzina svjetlosti. No dr. White i neki drugi fizičari otkrili su da u matematičkim jednadžbama postoje neke rupe koje ukazuju na mogućnost da bi se prostorno-vremenski kontinuum stvarno mogao iskrivljavati. Tim dr. Whitea pokrenuo je stoga u NASA-i eksperimente koji će uz pomoć instrumenta koji se zove White-Juday Warp Field Interferometer pokušati stvoriti mikroskopska iskrivljenja prostora-vremena. Potvrda postojanja warpova u konačnici bi trebala omogućiti stvaranje mjehura u kojima će se prostor ispred letjelice stezati, a iza nje širiti. Na taj način svemirski bi se brod mogao kretati brže od svjetlosti, iako se u svojem mjehuru uopće ne bi kretao; dakle ne bi kršio zakone fizike.Ako sve ispadne kako treba, kaže dr. White, do najbliže zvijezde Alphe Centauri trebat će nam samo dva tjedna putovanja, a neće biti ni neugodnog ubrzanja koje bi bilo opasno po zdravlje astronauta. Znanstvenici već godinama pretpostavljaju da bi stvaranje warpa trebalo biti moguće, međutim, uvriježeno je mišljenje da bi za takav pogon trebala energija egzotične tvari veličine Jupitera, što naravno, nije praktično. No dr. White tvrdi da ima rješenje za ovaj problem. Naime, NASA-in je tim nedavno otkrio da je energija neophodna za warp pogon mnogo manja nego što se mislilo. Procijenili su da bi optimiziranjem dimenzija warp mjehura i osciliranjem njegova intenziteta kako bi se smanjila krutost prostora-vremena, za pokretanje 10-metarske letjelice do brzine 10 puta veće od brzine svjetlosti bilo dovoljno oko 500 kg tvari. Ovom brzinom za putovanje do planeta Gliese 581g sličnog Zemlji udaljenog 20 svjetlosnih godina trebale bi nam dakle samo dvije godine. NASA-in tim ističe da bi bilo kakvi pozitivni rezultati ove studije otvorili novu eru razvoja tehnologije za svemirskih istraživanja.
    www.tportal.hr

    Pročitano 24 puta

    Energetski Projekti

    hrastovic energetski projekti banner

    Energetski Video

    hrastovic energetski video banner

    Energetski Članci

    hrastovic energetski clanci banner

    Random video

    Udruga SOLAR

    Udruga SOLAR  je nastala 2011. godine kao potreba organiziranja civilnog društva u smjeru korištenja i primjene obnovljivih izvora energije, primjene alternativnih izvora energije te povećanja energijske učinkovitosti na razini korisnika i lokalne zajednice.

    Opširnije

    O nama

    Hrastović Inženjering d.o.o. od 2004. se razvija u specijaliziranu tvrtku za projektiranje i primjenu obnovljivih izvora energije. Osnova projektnog managementa održivog razvitka društva je povećanje energijske djelotvornosti klasičnih instalacija i zgrada te projektiranje novih hibridnih energijskih sustava sunčane arhitekture.

    Cijeli živi svijet pokreće i održava u postojanju stalni dotok Sunčeve energije, a primjenom transformacijskih tehnologija Sunce bi moglo zadovoljiti ukupne energetske potrebe društva.

    Kontakt info

    HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o.

    Dario Hrastović, dipl.ing.stroj.

    Kralja Tomislava 82
    31417 Piškorevci
    Hrvatska

    E-mail:dario.hrastovic@gmail.com
    Fax: 031-815-006
    Mobitel:099-221-6503
    © HRASTOVIĆ Inženjering d.o.o. - design & hosting by Medialive