30 ноября, 2021

bolgrad

Находите самые свежие мировые новости со всего мира в Болграде.

Испытания на орбите нового плазменного двигателя на основе йода

Увеличить / Бета-версия нового импульса уже запущена.

Поверьте мне

Большинство людей, вероятно, знакомы с йодом по его роли в качестве дезинфицирующего средства. Но если вы засиделись допоздна во время учебы в школе химии, вы могли бы увидеть шоу, где нагревали йодный порошок. Поскольку точки плавления и кипения очень близки друг к другу при атмосферном давлении, йод легко образует пурпурный газ при нагревании. При низком давлении он переходит непосредственно из твердого тела в газ — процесс, называемый сублимацией.

Оказывается, это может сделать его идеальным топливом для высокоэффективных двигателей космических кораблей, называемых ионными двигателями. Некоторое время он считался многообещающим кандидатом, но теперь коммерческая компания ThrustMe объявляет о том, что впервые продемонстрировала в космосе двигатель малой тяги, работающий на йоде.

ионная сила

Ракеты полагаются на химические реакции, чтобы как можно быстрее выбросить большую массу материала, что позволяет им генерировать достаточную тягу, чтобы что-то поднять в космос. Но это не самый эффективный способ получения оплаты — мы в конечном итоге стремимся к эффективности торговли, чтобы получить быстрый пакет, необходимый для преодоления гравитации. Попадая в космос, потребность в скорости исчезает; Мы можем использовать более эффективные средства для удаления материи, потому что более низкая скорость ускорения приемлема для перемещения предметов между разными орбитами.

Чемпионом по нынешней эффективности является ионный двигатель малой тяги, который сейчас используется. На ряде космических кораблей. Он работает, используя электричество (обычно генерируемое солнечными батареями), чтобы отделить электрон от нейтрального атома, в результате чего образуется ион. Электрифицированная сетка затем использует электромагнитные взаимодействия, чтобы вытеснить ее из космического корабля на высокой скорости, создавая тягу. Ионы в конечном итоге выбрасываются со скоростью, которая может быть на порядок больше, чем может вызвать химический мотив.

READ  Самое продолжительное частичное лунное затмение за 580 лет: чего ожидать

Относительно небольшое количество материала может быть ускорено за один раз, поэтому это не может создать ничего, близкого к количеству тяги, создаваемой за короткий период времени химической ракетой. Но он использует гораздо меньше материала для создания такой же тяги и может легко произвести эквивалентное ускорение, если дать ему достаточно времени. Другими словами, если вы проявите терпение в отношении своего ускорения, ионный двигатель может сделать то же самое в форме, которая использует меньшую массу и меньше места. Это два очень важных соображения в космическом корабле.

Крайне важно сделать эту работу над энергетическим бюджетом космического корабля материалом, который может ионизироваться, не требуя большого количества энергии. В настоящее время предпочтительным материалом является ксенон, газ, который легко ионизируется и расположен на несколько строк ниже по таблице Менделеева, а это означает, что каждый из его ионов относительно тяжелый. Но у ксенона есть и минусы. Это относительно редко (всего 1 часть на 10 миллионов в нашей атмосфере), и его необходимо хранить в контейнерах высокого давления, что позволяет избежать некоторой экономии веса.

Введите йод

Йод кажется идеальной заменой. Он находится рядом с ксеноном в периодической таблице и обычно находится в виде молекулы, состоящей из двух атомов йода, поэтому он способен создавать большую тягу для каждого выбрасываемого элемента. Ксенон легче ионизировать, поскольку для потери электрона требуется на 10 процентов меньше энергии. И, в отличие от ксенона, он благополучно существует в твердом виде при соответствующих условиях, что значительно упрощает хранение. Небольшой нагрев превратит его в газ, необходимый для работы ионного двигателя.

Большим недостатком является то, что это коррозионный материал, который заставил ThrustMe использовать керамику для большинства материалов, с которыми он может соприкасаться.

READ  Получатели Pfizer Covid Booster хотят «нормального Дня благодарения» после третьей прививки

Конструкция подруливающего устройства включала заполненный твердым йодом топливный бак, который мог нагреваться резистивными нагревателями, работающими от солнечных батарей. Сам йод находился внутри пористого материала из оксида алюминия, который не позволял ему распадаться от вибраций, которые он испытывал во время запуска (оксид алюминия на 95 процентов представляет собой открытое пространство, поэтому он не выделяет много топлива). Бак соединен с ионизационной камерой через небольшую трубку; Когда система охлаждается после использования, в этой трубке затвердевает достаточное количество йода, чтобы изолировать топливо от внешнего мира.

Попадая в ионизационную камеру, газообразный йод бомбардируется электронами, инактивируя другие электроны, что приводит к образованию плазмы. Соседняя электрическая сеть затем ускоряла положительные ионы из этой плазмы, создавая тягу. Электроны извлекались из плазмы и вводились в ионный пучок, чтобы все оставалось электрически нейтральным.

К электронике и стенкам йодных трубок были прикреплены экстракторы тепла, при этом тепло возвращалось в йодное топливо по мере высвобождения двигателя малой тяги. Это позволило снизить потребность в энергии для испарения йода до 1 Вт после выхода двигателя малой тяги в устойчивое состояние.

Вся установка была невероятно компактной, занимая столько же места, что и куб длиной 10 сантиметров с каждой стороны, и весил всего 1,2 килограмма. По некоторым параметрам он превзошел ксеноновый двигатель на 50 процентов.

Космическая демонстрация

Рабочее оборудование перевозилось на 12-модульном кубическом автомобиле весом около 20 кг под названием Beihangkongshi-1. И за последние два года или около того двигатель малой тяги использовался несколько раз, чтобы справиться с перемещением спутника, чтобы избежать потенциальных столкновений. Спутниковое слежение и бортовой мониторинг двигателя показывают, что двигатель на основе йода работает точно так же, как и во время наземных испытаний.

READ  Лучшие носимые маски для лица N95 и KN95 для варианта COVID Delta

Важно повторить, что реальная величина тяги минимальна — около 0,8 миллиньютона во время работы. Но подруливающее устройство могло легко поддерживать это в течение более часа, обеспечивая достаточную тягу, чтобы вывести его на орбиту, которая была на несколько сотен метров выше. Итак, хотя ничего нельзя вывести на орбиту, устройства ThrustMe, безусловно, могут довольно хорошо перемещать вещи на орбиту.

И снова большое ограничение — это скорость. Он движется очень медленно, и йоду требуется около 10 минут, чтобы нагреться настолько, чтобы топливо начало работать. Если понадобится экстренный маневр, это не сработает. Но при условии, что никого нет взрыв спутника В непосредственной близости от вас можно заранее определить большинство спутниковых опасностей.

закаливать природу, 2021. DOI: 10.1038 / s41586-021-04015-у (О DOI).