Když lidé zapřáhnou ionty…

Oproti energeticky náročným chemickým raketovým motorům, které se používají v současnosti, svítá naděje od perspektivního iontového pohonu. Dokonce se byly již v některých sondách použity! Oproti energeticky náročným chemickým raketovým motorům, které se používají v současnosti, svítá naděje od perspektivního iontového pohonu. Dokonce se byly již v některých sondách použity!

Klasické chemické raketové motory nejsou energeticky zrovna tou nejvýhodnější variantou. Vyvíjejí sice velkou tahovou sílu, ale jen krátce. Pouze díky nim však dovedeme nakopnout celou tu váhu rychlostí osm a více km/s, potřebnou k trvalému odlepení od Země.

Zbytek letu se pak už kosmické těleso pohybuje setrvačností. Pro jakékoliv dodatečné změny dráhy jsou však klasické pohony neefektivní, protože k tomu ssebou musíme vláčet příliš mnoho pohonných látek.

Proto vědci neustále hledají alternativní řešení, byť fungující jen ve vakuu.

Nenasytní žroutiJde především o systémy, poskytující sice velmi malý tah, ale po dlouhou dobu. Celkový impuls tak může být výrazně vyšší. Do této skupiny patří velká část fyzikálních pohonů, u nichž je kinetická energie částic deroucích se z motoru získávána přeměnou energie stlačeného plynu nebo energie elektrické.

U elektrotermálních motorů je stlačený plyn v pracovní komoře ohříván elektrickou energií na vysokou teplotu. Dá se to dělat elektricky žhaveným odporovým vláknem, vysokofrekvenčním elektromagnetickým polem uvnitř cívky nebo elektrickým obloukem.

Takové motory mají vysoký specifický impuls a tah až několik kN, jsou to však nenasytní žrouti elektrické energie a proto se dosud v praxi neužívají.

Co urychluje ionty?Motory plazmové neboli magnetohydrodynamické pracují s nabitými částicemi (ionty) pracovní látky, které jsou urychlovány elektromagnetickým polem, jež působí jak na kladné, tak i záporné částice, tedy na ionty i elektrony.

Mají sice vysoký specifický impuls, ale nízký tah. Byly již dokonce experimentálně zkoušeny, avšak bez valného úspěchu. Elektrostatické alias iontové motory jsou poháněny raktivní silou nabitých částic (iontů) pracovní látky, urychlených elektrostatickým polem.

Jako pracovní látku lze užít mj. par snadno ionizovaných kovů jako cesia nebo rtuti, nebo některých plynů, například dusíku, argonu, xenonu. Tyto motory mohou pracovat pouze ve vakuu a jejich tahová síla není nijak velká, avšak mohou fungovat mimořádně dlouho.

Hodně muziky za málo peněz Příkladem může být iontový pohon, který se již uplatnil přímo ve vesmíru a zdá se být mimořádně perspektivní. Poskytuje vysoký specifický impuls (nad 30 000 Ns/kg) při nízké spotřebě pohonné látky, tedy hodně muziky za málo peněz.

Už delší dobu se využívají pro prostorovou orientaci a stabilizaci družic. V posledních letech se však už starají i o pohon sond při zkracování přeletových dob v meziplanetárním prostoru. K tomu totiž malé, ale dlouho trvající urychlení stačí.

Například na kosmické sondě Deep Space 1 byl roku 1998 xenonový iontový motor s příkonem kvalitnějšího domácího vysavače (2,3 kW), tahem 92 mN a výtokovou rychlostí 28 km/s. Jeho specifický impuls je přitom desetkrát vyšší než u chemického motoru.

K produkci elektronů se užívá duté katody. Elektrony se srážejí s atomy xenomu a ionizují je. Ionty jsou pak urychlovány napětím 1280 V a tlačí se ven tryskou o průměru 0,3 m. Oddělený svazek elektronů je za tryskou vstřikován do proudu iontů a za motorem vytváří neutrální proud plazmy.

Motor pracoval celkem 670 dní! V současnosti je vyvíjena další varianta NEXT, která má při příkonu 6 kW tah 237 mN a výstupní rychlost iontů dosahuje 40 km/s.

I rekordman má své limityNa sondě Hayabusa, která odstartovala na jaře 2003 k planetce Itokawa je svazek čtyř iontových xenonových motorů o celkovém tahu max. 30 mN a příkonu nejvýše 1,5 kW.Evropská sonda SMART z podzimu 2003 je rovněž vybavena iontovým raketovým motorem pro pohon na přeletové dráze.

Její motor PPS-1350 pracuje s xenonem, jeho specifický impuls dosahuje 16000 Ns/kg a tahová síla 68 mN působila po dobu více než 5000 hodin. Spotřeboval přitom asi 80 kg pohonné látky. Nabízí se zde srovnání s posledním stupněm nosné rakety Fregat.

Ten sice poskytuje 14x větší celkový impuls, avšak spotřebuje na to 70x víc pohonných látek. Zatím nejvýkonnějším iontovým motorem je však ruský SPT-180 s příkonem 10 kW a tahem 565 mN. I v tomto případě však odborníci narážejí na limitující faktory.

Kromě zásob pracovní látky je to zejména zdroj co nejvyššího příkonu elektrické energie.

Slibné snyV roce 2000 začal v Johnsonově kosmickém středisku NASA v Houstonu vývoj nové raketové technologie, založené na magnetohydrodynamickém urychlování plazmatu. Motor nazvaný VASIMR (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) se v principu skládá ze tří spojených magnetických komor.

Do první komory je vstřikována plynná pohonná látka (vodík), která je zde ionizována. V centrální komoře je vzniklé vodíkové plazma dále radiofrekvenčně zahříváno (princip mikrovlnky). Poté přechází do poslední komory, kterou si lze představit jako magnetickou trysku, převádějící tepelnou energii plazmatu na kinetickou výtokovou energii.

Magnetické pole chrání konstrukci komor před kontaktem se zahřátým plazmatem, což je zkušenost ověřená v tokamacích. Geometrie magnetického pole zajišťuje, že se plazma ještě více urychluje, ochlazuje se vstřikováním neionizovaného vodíku a pak se jako neutrální plyn od magnetického pole oddělí se značnou kinetickou energií.

Vhodným nastavováním geometrie magnetického pole lze dosáhnout proměnného poměru tahu k množství paliva a tím optimalizovat výkon motoru v různých fázích letu. Při vývoji tohoto magnetohydrodynamického motoru bude využito moderních technologií, jako jsou supravodivé elektromagnety, systémy pro generaci plazmatu a jeho elektromagnetického zahřívání… Návrh vzbudil značnou pozornost mezi odborníky, avšak jeho technická realizace bude vyžadovat ještě řadu let a není vyloučeno, že k ní nikdy nedojde.

MOTORY NA STLAČENÝ VZDUCHMotory na stlačený plyn, zvané obvykle jen plynové trysky, se užívají v systémech pro orientaci a stabilizaci družic. Jsou jednoduché, spolehlivé, dobře ovladatelné, avšak s malým specifickým impulsem.

Jako pracovního plynu se nejčastěji používá stlačeného plynného dusíku, méně často hélia a zcela výjimečně vzduchu. Tahová síla plynových trysek se pohybuje v rozmezí od 100 nN do 10 N.

Autor: Redakce
Rubriky:  Vesmír
Publikováno:
Další články autora
Právě v prodeji
Tip redakce
reklama

Související články

Kosmická kost pro psa polapena...

Tým astronomů pracujících s teleskopem ESO/VLT získal dosud nejostřejší a...

Ingenuity se na Marsu daří

Ačkoliv se to na první pohled může zdát zanedbatelné, malý...

Nově objevené exoplanety: Jedna z...

Planeta o hmotnosti poloviny Venuše či planeta, která by mohla být světem oceánů....

Mise Slavia bude zkoumat možnosti...

Evropská kosmická agentura (ESA) doporučila k realizaci projekt Space...

Snímek fotografa z opavské...

V soboru 31. července 2021 publikoval americký úřad NASA jako prestižní...

Opavští fyzikové objevili...

Černé díry patří mezi nejznámější a zároveň nejméně prostudované objekty ve vesmíru....

Jupiter: Obří otesánek, který neváhal...

Tváří se jako majestátní král Sluneční soustavy. A také jako její...

Astronomové poprvé spolehlivě zaznamenali...

Díky radioteleskopu ALMA se astronomům vůbec poprvé podařilo spolehlivě...

Galaktický ohňostroj: nové záběry...

Astronomové zveřejnili nové snímky nedalekých galaxií, které na těchto působivých...

Dávné vymírání měla možná na...

Vědci již dlouhou řádku let zkoumají, jak by supernovy mohly ovlivnit...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Jak si poradíme s tetováním?

Jak si poradíme s tetováním?

Tetování sebou nese i jistá zdravotní rizika jako např. alergické reakce. Patří...
Co snímá rychleji než lidské oko?

Co snímá rychleji než lidské oko?

Prakticky všichni se s nimi setkávají každý den, doma, v obchodech i v kapse...
Proč je červená bobule tak zdravá?

Proč je červená bobule tak zdravá?

V kyselých a minerálně chudých půdách je možné najít plíživý polokeř, rostoucí do...
NASA si posvítila na asteroid Bennu

NASA si posvítila na asteroid Bennu

Již je to více než rok, co k asteroidu Bennu dorazila americká...
V hlavní roli jazyk aneb největší vymírání lidstva…

V hlavní roli jazyk aneb největší...

Jazyk je nejen úzce provázán s identitou jednotlivce, ale jsou jím...
Velikáni zvířecí říše – Kdo je největší?

Velikáni zvířecí říše – Kdo je...

Éra dinosaurů na planetě Zemi již dávno skončila, stále se ale najde...
Nejznečištěnější místa světa

Nejznečištěnější místa světa

Asi nikoho nepřekvapí, že ty vůbec nejznečištěnější místa na Zemi je možné najít v...
Jak „bije“ srdce naší planety?

Jak „bije“ srdce naší planety?

O zemském jádru se toho stále moc neví, někdo s nadsázkou může říct, že...
Svatý kopeček Olomouc: Tajemný dar zmizelých poutníků

Svatý kopeček Olomouc: Tajemný dar...

Když se v Olomouci řekne Svatý Kopeček, nemusí to znamenat jen evropsky významné...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

V našem profesionálně sestaveném testu ihned zjistíte přesné výsledky a obdržíte certifikát.