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

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...
Vydá Bennu svá tajemství?

Vydá Bennu svá tajemství?

Krátce po půlnoci z 20. na 21. října 2020, konkrétně v nula...
Co nového na Marsu?

Co nového na Marsu?

O tom, že rudá planeta může skrývat život, byť na mikroskopické...
Filmová „studená válka“: Rusové se pokusí zastínit Cruisův projekt vlastním vesmírným natáčením

Filmová „studená válka“: Rusové se...

Na oběžné dráze zřejmě vypukne další konkurenční boj mezi dvěma...
Oblaka Venuše obsahují nečekanou látku aneb čeká nás astrobiologický průlom?

Oblaka Venuše obsahují nečekanou...

Fosfan nebo též fosforovodík je jedem, ze kterého za běžných okolností...
Mělo Slunce své dvojče?

Mělo Slunce své dvojče?

Hvězdy vznikají ve hvězdných porodnicích a poté je působení vzájemných...
Perseverance vyrazí na svou cestu

Perseverance vyrazí na svou cestu

Již ve čtvrtek 30. července 2020 by na cestu k rudé planetě měla...
Astronomové řeší kosmickou záhadu zmizelé hvězdy

Astronomové řeší kosmickou záhadu...

Pomocí dalekohledu ESO/VLT astronomové zjistili, že v drobné trpasličí galaxii...
Spojené arabské emiráty míří k Marsu

Spojené arabské emiráty míří k...

Nosná raketa H-IIA úspěšně odstartovala z japonského vesmírného...

Nenechte si ujít další zajímavé články

Vydá Bennu svá tajemství?

Vydá Bennu svá tajemství?

Krátce po půlnoci z 20. na 21. října 2020, konkrétně v nula...
20. říjen 1982: Den sovětského mlýnku na maso

20. říjen 1982: Den sovětského...

Přesný počet mrtvých se veřejnost už asi nikdy nedozví. Sovětský režim si...
Zdravotnické centrum následné péče v Letňanech

Zdravotnické centrum následné...

Nemocnice Na Bulovce je poskytovatelem zdravotních služeb a provozovatelem...
Francouzskou knihovnu pro veřejnost založil už král Slunce

Francouzskou knihovnu pro veřejnost...

Počátky knihovního fondu dnešní Francouzské národní knihovny na pařížské Rue de Richelieu sahají do...
Změňte pravidla! Dočkají se šachy nového kabátu?

Změňte pravidla! Dočkají se šachy...

Milujeme je už celá staletí, ovšem jejich kouzlo se prý nebezpečně vytrácí....
Když se lámou kosti

Když se lámou kosti

Mírný pád, lehký náraz nebo pouhé kýchnutí. Situace, které mohou skončit...
Setkání Jiřího z Poděbrad a Matyáše Korvína skončilo rvačkou šašků

Setkání Jiřího z Poděbrad a Matyáše...

„Potom v tom čase zjevil se nám bratr Paleček a my s ním rádi se seznámili, abychom...
Nový nízkonákladový depozitář v Čáslavi

Nový nízkonákladový depozitář v...

Ve čtvrtek 22. října byla v prostorách Národního zemědělského muzea v Čáslavi...
Bakterie v ústech nejen na obtíž

Bakterie v ústech nejen na obtíž

Pojem bakterie je vnímán obecně spíše negativně, avšak skupina vědců z...
Poznejte své IQ

Poznejte své IQ

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