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

Související články

Země zrychluje tempo své rotace

Země zrychluje tempo své rotace

Rok 2020 byl ve znamení nejen pandemie, ale i krátkých dnů, dokonce...
Úspěch českého SPACE týmu společnosti Atos

Úspěch českého SPACE týmu...

Český SPACE tým společnosti Atos se bude podílet na vývoji testovacího zařízení...
Scottyho poslední cesta: Vesmírný turista vyrazil na oběžnou dráhu s ostatky herce ze Star Treku

Scottyho poslední cesta: Vesmírný...

Po dvanácti letech od své výpravy na oběžnou dráhu vesmírný turista...
Kadaň se bude pyšnit novou observatoří

Kadaň se bude pyšnit novou...

Nová přírodovědná observatoř se bude tyčit na Prostředním vrchu v...
Vzorky z Ryugu dorazily na Zemi

Vzorky z Ryugu dorazily na Zemi

Vzorky z asteroidu Ryugu, které odebrala v roce 2019 sonda...
Čína míří k Měsíci

Čína míří k Měsíci

Začátkem posledního listopadového týdne roku 2020 úspěšně odstartovala čínská...
Vynese a zároveň postupně vypustí až 96 družic

Vynese a zároveň postupně vypustí...

Na zářijový úspěch brněnské firmy SAB Aerospace navazuje další. Po...
Leonidy: Listopadové meteorické roje

Leonidy: Listopadové meteorické...

Cestuje 200krát rychleji než vystřelená kulka, rychlostí asi 71 km/s,...
Brána do vesmíru otevřena

Brána do vesmíru otevřena

Co jsou exoplanety, jak můžeme zkonstruovat a vyslat do vesmíru družici anebo...
Smrt špagetifikací: Teleskopy zaznamenaly poslední okamžiky hvězdy pohlcené černou dírou

Smrt špagetifikací: Teleskopy...

Pomocí dalekohledů Evropské jižní observatoře (ESO) a dalších astronomických...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Byl Bush junior nejhorším prezidentem v historii USA?

Byl Bush junior nejhorším...

Syn úspěšného otce, symbol války proti teroru. George W. Bush se pro mnohé zapíše...
Turkmenistán: Brána do pekla hoří již 50 let

Turkmenistán: Brána do pekla hoří...

Turkmenistán je země, která toho cestovatelům nemám moc co nabídnout....
Nejznepokojivější práce? Mimo jiné i umývač oken na nejvyšší budově světa

Nejznepokojivější práce? Mimo jiné i...

Práce je nedílnou součástí života, pracovat musíme...
Řež u Hradce Králové: Staré pořádky skončily, Prusko je hegemonem

Řež u Hradce Králové: Staré...

Píše se 3. červenec roku 1866 a více než dvouměsíční krvavá válka mezi Pruskem a...
Má hlídat dítě, místo toho ho chladnokrevně zabije

Má hlídat dítě, místo toho ho...

Když ráno 29. února roku 2016 opouštějí Vladimír Meščerjakov a Jekatěrina...
Tajné funkce věcí denní potřeby: Na co je modrá část gumy?

Tajné funkce věcí denní potřeby: Na...

Ne ke každé věci, kterou si v obchodě koupíte, existuje návod. Kvůli tomu...
Šáhdžahán I. nechal postavit zesnulé manželce monumentální hrobku

Šáhdžahán I. nechal postavit...

Churram, Akbarův vnuk, který přijme vladařské jméno Šáhdžahán I., se svými...
Už Ježíš používal marihuanu!

Už Ježíš používal marihuanu!

Nepředstavujte si hned zhulenou partu apoštolů, kteří vykládají...
Odkud pochází falafel? Historikové se shodují, že z Egypta

Odkud pochází falafel? Historikové...

Námořník Ahmose se v alexandrijském přístavu chystá na další plavbu. Svůj...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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