Eine Ion-Trägerrakete ist eine Form des elektrischen Antriebs, der für den Raumfahrzeugantrieb verwendet ist, der gestoßen durch die Beschleunigung von Ionen schafft. Ion-Trägerraketen werden dadurch kategorisiert, wie sie die Ionen beschleunigen, entweder elektrostatische oder elektromagnetische Gewalt anwendend. Elektrostatische Ion-Trägerraketen wenden die Ampere-Sekunde-Gewalt an und beschleunigen die Ionen in der Richtung auf das elektrische Feld. Elektromagnetische Ion-Trägerraketen wenden die Gewalt von Lorentz an, um die Ionen zu beschleunigen. Der Begriff "Ion--Trägerrakete" zeigt allein gewöhnlich die elektrostatischen oder gridded Ion-Trägerraketen an.

Ion-Trägerraketen schaffen sehr kleine Niveaus des Stoßes im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Raketen, aber erreichen sehr hohen spezifischen Impuls oder vorantreibende Massenwirksamkeit, indem sie ihre Auslassventile zur sehr hohen Geschwindigkeit beschleunigen. Jedoch tragen Ion-Trägerraketen einen grundsätzlichen Preis: Die dem Auslassventil gegebene Macht nimmt mit dem Quadrat seiner Geschwindigkeit zu, während der Stoß nur geradlinig zunimmt. Normale chemische Raketen können andererseits sehr hoch Stoß zur Verfügung stellen, aber werden im Gesamtimpuls durch den kleinen Betrag der Energie beschränkt, die chemisch in den Treibgasen versorgt werden kann. In Anbetracht des praktischen Gewichts von passenden Macht-Quellen sind die durch diese Typen von Trägerraketen gegebenen Beschleunigungen oft vom Standardernst weniger als tausendst.

Ein zusätzlicher Vorteil von Ion-Trägerraketen besteht darin, dass, weil sie im Wesentlichen als elektrisch (oder elektrostatisch) Motoren funktionieren, ein größerer Bruchteil der Eingangsmacht in die kinetische Auspuffmacht umgewandelt wird als in einer chemischen Rakete, weil chemische Raketen als Hitzemotorthema dem funktionieren

Grenze von Carnot, die für jeden Hitzemotor gilt.

Wegen ihrer relativ hohen Macht-Bedürfnisse, in Anbetracht der spezifischen Macht des Macht-Bedarfs und der Voraussetzung einer Umgebungsleere anderer ionisierter Partikeln, hat Ion gestoßen Antrieb ist zurzeit nur im Raum praktisch.

Ursprünge

Der offizielle Vater des Konzepts des elektrischen Antriebs ist Konstantin Tsiolkovsky, weil er erst ist, um Erwähnung der Idee 1911 zu veröffentlichen. Jedoch wird das erste dokumentierte Beispiel, wo die Möglichkeit des elektrischen Antriebs betrachtet wird, im handschriftlichen Notizbuch von Robert H. Goddard in einem Zugang datiert am 6. September 1906 gefunden.

Die ersten Experimente mit Ion-Trägerraketen wurden von Goddard an der Universität von Clark von 1916-1917 ausgeführt. Die Technik wurde für Nah-Vakuumbedingungen an der hohen Höhe empfohlen, aber hat gestoßen wurde mit ionisierten Luftströmen am atmosphärischen Druck demonstriert.

Die Idee ist wieder in "Wege zur von Hermann Oberth Raumschiffahrt" (Wege zu Spaceflight), veröffentlicht 1923 erschienen, wo er seine Gedanken auf den Massenersparnissen des elektrischen Antriebs erklärt hat, seinen Gebrauch im Raumfahrzeugantrieb und der Einstellungskontrolle vorausgesagt hat, und elektrostatische Beschleunigung von beladenem Benzin verteidigt hat.

Eine Arbeitsion-Trägerrakete wurde von Harold R. Kaufman 1959 an der NASA Forschungszentrum-Möglichkeiten von Glenn gebaut. Es war dem allgemeinen Design einer gridded elektrostatischen Ion-Trägerrakete mit Quecksilber als sein Brennstoff ähnlich. Subaugenhöhlentests des Motors, der während der 1960er Jahre und 1964 des Motors gefolgt ist, wurden in einen Subaugenhöhlenflug an Bord des Elektrischen Raumrakete-Tests 1 (SERT 1) gesandt. Es hat erfolgreich seit den geplanten 31 Minuten vor dem Zurückweichen zur Erde funktioniert.

Eine abwechselnde Form des elektrischen Antriebs, die Saal-Wirkungsträgerrakete wurde unabhängig in den Vereinigten Staaten und der UDSSR in den 1950er Jahren und 60er Jahren studiert. Saal-Wirkungsträgerraketen wurden auf sowjetischen Satelliten seit 1972 bedient. Bis zu den 1990er Jahren wurden sie für die Satellitenstabilisierung im nordsüdlichen und in Ostwestrichtungen hauptsächlich verwendet. Ungefähr 100-200 Motoren haben ihre Mission auf sowjetischen und russischen Satelliten bis zum Ende der 1990er Jahre vollendet. Sowjetisches Trägerrakete-Design wurde nach Westen 1992 eingeführt, nachdem eine Mannschaft von elektrischen Antrieb-Fachmännern, unter der Unterstützung der Verteidigungsorganisation der Ballistischen Rakete, sowjetische Laboratorien besucht hat.

Allgemeine Beschreibung

Ion-Trägerraketen verwenden Balken von Ionen (elektrisch beladene Atome oder Moleküle), um Stoß in Übereinstimmung mit der Schwung-Bewahrung zu schaffen. Die Methode, die Ionen zu beschleunigen, ändert sich, aber alle Designs nutzen das Verhältnis der Anklage/Masse der Ionen aus. Dieses Verhältnis bedeutet, dass relativ kleine potenzielle Unterschiede sehr hohe Auspuffgeschwindigkeiten schaffen können. Das reduziert den Betrag der Reaktionsmasse oder des Brennstoffs erforderlich, aber vergrößert den Betrag der spezifischen im Vergleich zu chemischen Raketen erforderlichen Macht. Ion-Trägerraketen sind deshalb im Stande, äußerst hohe spezifische Impulse zu erreichen. Der Nachteil des niedrigen Stoßes ist niedrige Raumfahrzeugbeschleunigung, weil die Masse von aktuellen elektrischen Macht-Einheiten mit dem Betrag der gegebenen Macht direkt aufeinander bezogen wird. Dieser niedrige Stoß macht Ion-Trägerraketen unpassend, um Raumfahrzeug in die Bahn zu starten, aber sie sind für Antrieb-Anwendungen im Raum ideal.

Verschiedene Ion-Trägerraketen sind entworfen worden, und sie alle passen allgemein unter zwei Kategorien. Die Trägerraketen werden entweder als elektrostatisch oder als elektromagnetisch kategorisiert. Der Hauptunterschied ist, wie die Ionen beschleunigt werden.

• Elektrostatische Ion-Trägerraketen wenden die Ampere-Sekunde-Gewalt an und werden als Beschleunigung der Ionen in der Richtung auf das elektrische Feld kategorisiert.
• Elektromagnetische Ion-Trägerraketen wenden die Gewalt von Lorentz an, um die Ionen zu beschleunigen.

Der Macht-Bedarf für Ion-Trägerraketen ist gewöhnlich Sonnenkollektoren, aber in genug großen Entfernungen von der Sonne wird Kernkraft verwendet. In jedem Fall ist die Macht-Versorgungsmasse zur Maximalmacht im Wesentlichen proportional, die geliefert werden kann, und sie beide im Wesentlichen, für diese Anwendung, keine Grenze zur Energie geben.

Elektrische Trägerraketen neigen dazu, niedrig Stoß zu erzeugen, der auf niedrige Beschleunigung hinausläuft. Das Verwenden von 1 g ist 9.81 m/s/s; F = M a oder = F/m

Eine NSTAR Trägerrakete, die einen Stoß (=force) 92 mN erzeugt, wird einen Satelliten mit einer Masse von 1000 Kg durch 0.092 / 1000 = 0.000092 m/s/s (oder 9.38E-6 g) beschleunigen.

Elektrostatische Ion-Trägerraketen

Gridded elektrostatische Ion-Trägerraketen

Gridded elektrostatische Ion-Trägerraketen verwerten allgemein xenon Benzin. Dieses Benzin hat kostenlos und wird durch das Bombardieren davon mit energischen Elektronen ionisiert. Diese Elektronen können von einem heißen Kathode-Glühfaden und wenn beschleunigt, im elektrischen Feld der Kathode, des Falls zur Anode (Typ-Ion-Trägerrakete von Kaufman) zur Verfügung gestellt werden. Wechselweise können die Elektronen durch das schwingende elektrische Feld beschleunigt werden, das durch ein magnetisches Wechselfeld einer Rolle veranlasst ist, die auf eine Selbstunterstützen-Entladung hinausläuft und jede Kathode (radiofrequency Ion-Trägerrakete) weglässt.

Die positiv beladenen Ionen werden durch ein Förderungssystem herausgezogen, das aus 2 oder 3 Mehröffnungsbratrost besteht. Nach dem Eingehen ins Gittersystem über die Plasmascheide werden die Ionen wegen des potenziellen Unterschieds zwischen dem ersten und zweiten Bratrost (genannt Schirm und Gaspedal-Bratrost) zur Endion-Energie von normalerweise 1-2 keV beschleunigt, dadurch den Stoß erzeugend.

Ion-Trägerraketen strahlen einen Balken von positiven beladenen xenon Ionen nur aus. Um zu vermeiden, das Raumfahrzeug zu beladen, wird eine andere Kathode in der Nähe vom Motor gelegt, der Elektronen ausstrahlt (grundsätzlich, ist der Elektronstrom dasselbe als der Ion-Strom) in den Ion-Balken. Das hält auch den Balken von Ionen davon ab, zum Raumfahrzeug zurückzukehren und dadurch den Stoß zu annullieren.

Gridded elektrostatische Ion-Trägerrakete-Forschung (Vergangenheit/Gegenwart):

• NASA elektrische Sonnenantriebstechnik-Anwendungsbereitschaft (NSTAR)
• NASA's Evolutionary Xenon Thruster (NEXT)
• Nuclear Electric Xenon Ion System (NEXIS)
• Hohe Macht elektrischer Antrieb (HiPEP)
• EADS Radiofrequenz-Ion-Trägerrakete (RIT)
• Dual-Stage 4-Grid (DS4G)

Saal-Wirkungsträgerraketen

Saal-Wirkungsträgerraketen beschleunigen Ionen mit dem Gebrauch eines elektrischen Potenzials, das zwischen einer zylindrischen Anode und einem negativ beladenen Plasma aufrechterhalten ist, das die Kathode bildet. Der Hauptteil des Treibgases (normalerweise xenon Benzin) wird in der Nähe von der Anode eingeführt, wo es ionisiert wird, und die Ionen zur Kathode angezogen werden, beschleunigen sie sich zu und dadurch, Elektronen aufnehmend, weil sie abreisen, um den Balken für neutral zu erklären und die Trägerrakete an der hohen Geschwindigkeit zu verlassen.

Die Anode ist an einem Ende einer zylindrischen Tube, und im Zentrum ist eine Spitze, die Wunde ist, um ein radiales magnetisches Feld dazwischen und der Umgebungstube zu erzeugen. Die Ionen sind durch das magnetische Feld größtenteils ungekünstelt, da sie zu massiv sind. Jedoch werden die in der Nähe vom Ende der Spitze erzeugten Elektronen, um die Kathode zu schaffen, viel mehr betroffen und werden durch das magnetische Feld gefangen, und im Platz durch ihre Anziehungskraft zur Anode gehalten. Einige der Elektronen schrauben zur Anode herunter, um die Spitze in einem Saal-Strom zirkulierend. Wenn sie die Anode erreichen, pressen sie das unbeladene Treibgas zusammen und veranlassen es, vor dem Enderreichen der Anode und Schließen des Stromkreises ionisiert zu werden.

Feldemission elektrischer Antrieb

Trägerraketen der Feldemission elektrischen Antriebs (FEEP) verwenden ein sehr einfaches System von beschleunigenden Ionen, um Stoß zu schaffen. Die meisten Designs verwenden entweder Cäsium oder Indium als das Treibgas;. das Design umfasst ein kleines vorantreibendes Reservoir, das das flüssige Metall, eine schmale Tube oder ein System von parallelen Tellern versorgt, durch die die Flüssigkeit, und ein Gaspedal (ein Ring oder eine verlängerte Öffnung in einem metallischen Teller) ungefähr ein Millimeter vorbei am Tube-Ende fließt. Cäsium und Indium werden wegen ihrer hohen Atomgewichte, niedriger Ionisationspotenziale und niedriger Schmelzpunkte verwendet. Sobald das flüssige Metall das Ende der Tube erreicht, veranlasst ein elektrisches Feld, das zwischen dem Emitter und dem Gaspedal angewandt ist, die flüssige Oberfläche, in eine Reihe von vorspringenden Spitzen ("Kegel von Taylor") zu deformieren. An einem sufficently hat hoch Stromspannung angewandt, positive Ionen werden aus den Tipps der Kegel herausgezogen. Das elektrische Feld, das vom Emitter und dem Gaspedal dann geschaffen ist, beschleunigt die Ionen. Eine Außenquelle von Elektronen erklärt den positiv beladenen Ion-Strom für neutral, um zu verhindern, vom Raumfahrzeugrumpf zu stürmen.

Elektromagnetische Trägerraketen

Pulsierte induktive Trägerraketen (PIT)

Gebrauch-Pulse der pulsierten induktiven Trägerraketen (PIT) des Stoßes statt eines dauernden Stoßes, und sind in der Lage, auf Macht-Niveaus in der Ordnung von Megawatt (MW) zu laufen. GRUBEN bestehen aus einer großen Rolle, die gestaltete Tube eines Kegels umgibt, die das vorantreibende Benzin ausstrahlt. Ammoniak ist das in GRUBE-Motoren allgemein verwendete Benzin. Für jeden Puls des Stoßes gibt die GRUBE, eine große Anklage entwickelt sich zuerst in einer Gruppe von Kondensatoren hinter der Rolle und wird dann veröffentlicht. Das schafft einen Strom, der sich kreisförmig in der Richtung auf jθ bewegt. Der Strom schafft dann ein magnetisches Feld in der äußeren radialen Richtung (Br), der dann einen Strom im Ammoniak-Benzin schafft, das gerade in der entgegengesetzten Richtung des ursprünglichen Stroms veröffentlicht worden ist. Dieser entgegengesetzte Strom ionisiert das Ammoniak, und diese positiv beladenen Ionen werden weg vom GRUBE-Motor wegen des elektrischen Feldjθ beschleunigt, der sich mit dem magnetischen Feld Br trifft, das wegen der Lorentz-Kraft ist.

Magnetoplasmadynamic (MPD) / Lithiumlorentz zwingen Gaspedal (LiLFA)

Magnetoplasmadynamic (MPD) Trägerraketen und Lithiumkraft-Gaspedal von Lorentz (LiLFA) Trägerraketen verwenden grob dieselbe Idee mit der Trägerrakete von LiLFA, die von von der MPD Trägerrakete baut. Wasserstoff, Argon, Ammoniak und Stickstoff-Benzin können als Treibgas verwendet werden. In einer bestimmten Konfiguration kann das umgebende Benzin in Low Earth Orbit (LEO) als ein Treibgas verwendet werden. Das Benzin geht zuerst in den Hauptraum ein, wo es in Plasma durch das elektrische Feld zwischen der Anode und der Kathode ionisiert wird. Dieses Plasma führt dann Elektrizität zwischen der Anode und der Kathode. Dieser neue Strom schafft ein magnetisches Feld um die Kathode, die sich mit dem elektrischen Feld trifft, dadurch das Plasma wegen der Lorentz-Kraft beschleunigend. Die Trägerrakete von LiLFA verwendet dieselbe allgemeine Idee wie die MPD Trägerrakete abgesehen von zwei Hauptunterschieden. Der erste Unterschied ist, dass LiLFA Lithiumdampf verwendet, der im Vorteil des im Stande Seins ist, als ein Festkörper versorgt zu werden. Der andere Unterschied ist, dass die Kathode durch vielfache kleinere in eine hohle Kathode-Tube gepackte Kathode-Stangen ersetzt wird. Die Kathode in der MPD Trägerrakete wird wegen des unveränderlichen Kontakts mit dem Plasma leicht zerfressen. In der Trägerrakete von LiLFA wird der Lithiumdampf in die hohle Kathode eingespritzt und wird zu seinem Plasma nicht ionisiert formen sich die Kathode-Stangen/zerfressen, bis es über die Tube herrscht. Das Plasma wird dann beschleunigt, dieselbe Lorentz Gewalt anwendend.

Plasmaträgerraketen von Electrodeless

Plasmaträgerraketen von Electrodeless haben zwei einzigartige Eigenschaften: Die Eliminierung der Anode- und Kathode-Elektroden und der Fähigkeit, den Motor zu erdrosseln. Die Eliminierung der Elektroden nimmt den Faktor der Erosion weg, die Lebenszeit auf anderen Ion-Motoren beschränkt. Neutrales Benzin wird zuerst durch elektromagnetische Wellen ionisiert und dann einem anderen Raum übertragen, wo es durch ein schwingendes elektrisches und magnetisches Feld, auch bekannt als die Ponderomotive-Kraft beschleunigt wird. Diese Trennung der Ionisations- und Beschleunigungsbühne gibt dem Motor die Fähigkeit, die Geschwindigkeit des vorantreibenden Flusses zu erdrosseln, der dann den Stoß-Umfang und die spezifischen Impuls-Werte ändert.

Trägerraketen von Electrothermal

Trägerraketen von Electrothermal verwenden elektrische Macht, Treibgas zu beschleunigen. Es gibt mehrere Typen:

• Resistojet
• Arcjet
• Mikrowelle electrothermal Trägerraketen
• Ion-Zyklotron-Heizungsträgerraketen (VASIMR)

Helicon verdoppeln Schicht-Trägerrakete

Ein helicon doppelte Schicht-Trägerrakete ist ein Typ der Plasmaträgerrakete, die hohe Geschwindigkeit vertreibt, hat Benzin ionisiert, um Stoß einem Raumfahrzeug zur Verfügung zu stellen. In diesem Trägerrakete-Design wird Benzin in einen röhrenförmigen Raum (die Quelltube) mit einem offenem Ende eingespritzt. Radiofrequenz AC Macht (an 13.56 MHz im Prototyp-Design) wird in eine um den Raum gewickelte Antenne in der speziellen Form verbunden. Die elektromagnetische durch die Antenne ausgestrahlte Welle veranlasst das Benzin, zusammenzubrechen und ein Plasma zu bilden. Die Antenne erregt dann eine Welle von Helicon im Plasma, der weitere Hitze das Plasma. Das Gerät hat ein grob unveränderliches magnetisches Feld in der Quelltube (geliefert durch das Solenoid im Prototyp), aber das magnetische Feld weicht ab und nimmt schnell im Umfang weg vom Quellgebiet ab, und könnte als eine Art magnetische Schnauze gedacht werden. In der Operation gibt es eine scharfe Grenze zwischen dem Plasma der hohen Speicherdichte innerhalb des Quellgebiets und dem niedrigen Dichte-Plasma im Auslassventil, das mit einer scharfen Änderung im elektrischen Potenzial vereinigt wird. Die Plasmaeigenschaften ändern sich schnell über diese Grenze, die als eine aktuelle freie elektrische doppelte Schicht bekannt ist. Das elektrische Potenzial ist viel höher innerhalb des Quellgebiets als im Auslassventil, und das dient, sowohl um die meisten Elektronen zu beschränken, als auch die Ionen weg vom Quellgebiet zu beschleunigen. Genug Elektronen entkommen dem Quellgebiet, um sicherzustellen, dass das Plasma im Auslassventil insgesamt neutral ist.

Vergleiche

Der folgende Tisch vergleicht wirkliche Testdaten von einigen Ion-Trägerraketen:

Die folgenden Trägerraketen sind hoch experimentell und sind nur in der Pulsweise geprüft worden.

Lebenszeit

Ein Hauptbegrenzungsfaktor von Ion-Trägerraketen ist ihr kleiner Stoß; jedoch wird es an einer hohen vorantreibenden Leistungsfähigkeit (Massennutzbarmachung, spezifischer Impuls) erzeugt. Die Leistungsfähigkeit kommt aus der hohen Auspuffgeschwindigkeit, die der Reihe nach hohe Energie fordert, und die Leistung durch die verfügbare Raumfahrzeugmacht schließlich beschränkt wird.

Der niedrige Stoß verlangt, dass Ion-Trägerraketen dauernden Stoß seit langem zur Verfügung stellen, um die erforderliche Änderung in der Geschwindigkeit (Delta-v) für eine besondere Mission zu erreichen. Um genug Änderung im Schwung zu verursachen, werden Ion-Trägerraketen entworfen, um seit Perioden von Wochen zu Jahren zu dauern.

In der Praxis wird die Lebenszeit von elektrostatischen Ion-Trägerraketen durch mehrere Prozesse beschränkt:

• Im elektrostatischen gridded Ion-Trägerrakete-Design können mit der Anklageaustauschionen, die durch die Balken-Ionen mit dem neutralen Gasfluss erzeugt sind, zum negativ voreingenommenen Gaspedal-Bratrost und der Ursache-Bratrost-Erosion beschleunigt werden. Ende des Lebens wird erreicht, wenn entweder ein Strukturmisserfolg des Bratrostes vorkommt oder die Löcher im Gaspedal-Bratrost, werden so groß, dass die Ion-Förderung (z.B durch das Ereignis des Elektrons backstreaming) größtenteils betroffen wird. Bratrost-Erosion kann nicht vermieden werden und ist der lebensbeschränkende Hauptfaktor. Durch ein gründliches Bratrost-Design und materielle Auswahl werden Lebenszeiten von 20,000 Stunden und weit außer erreicht, der genügend ist, um aktuelle Raummissionen zu erfüllen.

Ein Test der NASA elektrische Sonnenantriebstechnik-Anwendungsbereitschaft (NSTAR) elektrostatische Ion-Trägerrakete hat in 30,472 Stunden (ungefähr 3.5 Jahre) vom dauernden Stoß an der maximalen Macht resultiert. Der Test wurde vor irgendwelchen Misserfolg- und Testergebnissen geschlossen hat gezeigt, dass sich der Motor Misserfolg auch nicht näherte.

• Saal-Trägerraketen leiden unter der sehr starken Erosion des keramischen Entladungsraums. Wegen der ziemlich hohen Entladungsstromspannungen bis zu 1000V können energische Ionen zu den Raum-Wänden stoßen und Material wegfressen. Lebenszeiten von einigen tausend Stunden werden erreicht.

Treibgase

Ionisationsenergie vertritt einen sehr großen Prozentsatz der Energie musste Ion-Laufwerke führen. Das ideale Treibgas für Ion-Laufwerke ist so ein vorantreibendes Molekül oder Atom, das leicht ist in Ionen zu zerfallen, der ein hohes Energieverhältnis der Masse/Ionisation hat. Außerdem sollte das Treibgas Erosion der Trägerrakete zu keinem großen Grad veranlassen, langes Leben zu erlauben; und sollte das Fahrzeug nicht verseuchen.

Viele aktuelle Designs verwenden xenon Benzin, weil es leicht ist in Ionen zu zerfallen, hat eine vernünftig hohe Atomnummer, seine träge Natur und niedrige Erosion. Jedoch ist xenon allgemein im knappen Vorrat und sehr teuer.

Ältere Designs haben Quecksilber verwendet, aber das ist toxisch und teuer, hat dazu geneigt, das Fahrzeug mit dem Metall zu verseuchen, und war schwierig, genau zu fressen.

Andere Treibgase wie Wismut-Show-Versprechung und sind Gebiete der Forschung besonders für gridless Designs wie Saal-Wirkungsträgerraketen.

VASIMR Design (und anderes Plasma hat Motoren gestützt), ist theoretisch im Stande, praktisch jedes Material für Treibgas zu verwenden. Jedoch in Strom-Tests ist das praktischste Treibgas Argon, das ein relativ reichliches und preiswertes Benzin ist.

Energieeffizienz

Ion-Trägerraketen werden oft mit einer metrischen Leistungsfähigkeit zitiert. Diese Leistungsfähigkeit ist die kinetische Energie des Auspuffstrahles ausgestrahlt pro Sekunde geteilt durch die elektrische Leistung ins Gerät.

Die wirkliche gesamte Systemenergieeffizienz im Gebrauch wird durch die treibende Leistungsfähigkeit bestimmt, die von Fahrzeuggeschwindigkeit und Auspuffgeschwindigkeit abhängt. Einige Trägerraketen können Auspuffgeschwindigkeit bei der Operation ändern, aber alle können mit verschiedenen Auspuffgeschwindigkeiten entworfen werden. Am niedrigeren Ende von Isps fällt die gesamte Leistungsfähigkeit, weil die Ionisation eine größere Prozentsatz-Energie aufnimmt, und am hohen Ende treibende Leistungsfähigkeit reduziert wird.

Optimale Wirksamkeit und Auspuffgeschwindigkeiten können so für jede gegebene Mission berechnet werden, Minimum insgesamt Kosten zu geben.

Anwendungen

Ion-Trägerraketen haben viele Anwendungen für den Antrieb im Raum. Die besten Anwendungen der Trägerraketen machen von der langen Lebenszeit Gebrauch, wenn bedeutender Stoß nicht erforderlich ist. Beispiele davon schließen Bahn-Übertragungen, Einstellungsanpassungen, Schinderei-Entschädigung für niedrige Erdbahnen ein, Ladung wie chemische Brennstoffe zwischen vorantreibenden Depots und extremen feinen Anpassungen an mehr wissenschaftliche Missionen transportierend. Ion-Trägerraketen können auch für interplanetarische und tiefe Raummissionen verwendet werden, wo Zeit nicht entscheidend ist. Der dauernde Stoß im Laufe einer sehr langen Zeit kann eine größere Geschwindigkeit aufbauen als traditionelle chemische Raketen.

Missionen

Aller elektrischen Trägerraketen sind Ion-Trägerraketen am ernstlichsten überlegt gewerblich und akademisch auf der Suche nach interplanetarischen Missionen und Bahn-Aufhebungsmanövern gewesen. Ion-Trägerraketen werden als die beste Lösung für diese Missionen gesehen, weil sie sehr hohe Änderung in der Geschwindigkeit insgesamt verlangen, die im Laufe langer Zeiträume der Zeit aufgebaut werden kann.

Betriebliche Missionen

Mehrere Raumfahrzeuge haben mit dieser Technologie funktioniert.

SERT

Ion-Antrieb-Systeme wurden zuerst im Raum von der NASA Lewis (jetzt Forschungszentrum von Glenn) Missionen "Elektrischer Raumrakete-Test" (SERT) ich und II demonstriert. Das erste war SERT-1, gestartet am 20. Juli 1964, erfolgreich hat bewiesen, dass die Technologie, wie vorausgesagt, im Raum funktioniert hat. Das waren elektrostatische Ion-Trägerraketen, die Quecksilber und Cäsium als die Reaktionsmasse verwenden. Der zweite Test, SERT-II, gestartet am 3. Februar 1970, hat die Operation von zwei Quecksilberion-Motoren seit Tausenden von laufenden Stunden nachgeprüft.

Tiefer Raum 1

NASA hat eine Ion-Trägerrakete genannt NSTAR für den Gebrauch in ihren interplanetarischen Wissenschaftsmissionen entwickelt, die in den späten 1990er Jahren beginnen. Diese xenon-angetriebene Ion-Trägerrakete wurde zuerst in der hoch erfolgreichen Raumsonde Tiefer Raum 1, gestartet 1998 raumgeprüft. Das war der erste Gebrauch des elektrischen Antriebs als das interplanetarische Antrieb-System auf einer Wissenschaftsmission.

Gestützt auf den Designkriterien von NASA, Forschungslaboratorien von Hughes, hat den XIPS (Xenon Ion Propulsion System) entwickelt, um Station durchzuführen, die erdsynchrone Satelliten behält.. Hughes (EDD) hat die NSTAR auf dem Raumfahrzeug verwendete Trägerrakete verfertigt.

Artemis

Am 12. Juli 2001 hat die Europäische Weltraumorganisation gescheitert, ihren Telekommunikationssatelliten von Artemis zur gewünschten Höhe zu starten, und hat es in einer verfallenden Bahn verlassen. Die chemische vorantreibende Versorgung des Satelliten war genügend, um es einer halbstabilen Bahn, und im Laufe der nächsten 18 Monate das experimentelle Ion-Antrieb-System an Bord zu übertragen, RIT-10 (beabsichtigt nur für sekundären stationkeeping und manövrierend) wurde verwertet, um es einer geostationären Bahn zu übertragen.

Hayabusa

Hayabusa der japanischen Raumfahrtbehörde, der 2003 und erfolgreich rendezvoused mit dem Asteroiden 25143 Itokawa gestartet wurde und in der nächsten Nähe seit vielen Monaten Proben und Information hat sammeln müssen, wurde durch vier xenon Ion-Motoren angetrieben. Es hat xenon Ionen verwendet, die durch die Mikrowellenelektronzyklotron-Klangfülle und einen Kohlenstoff / mit dem Kohlenstoff zerlegbares Material erzeugt sind (der gegen die Erosion widerstandsfähig ist) für seinen Beschleunigungsbratrost. Obwohl die Ion-Motoren auf Hayabusa einige technische Schwierigkeiten hatten, hat Flugwiederkonfiguration einem der vier Motoren erlaubt, repariert, und die Mission erlaubt zu werden, zur Erde erfolgreich zurückzukehren.

Kluger 1

Die Saal-Wirkungsträgerrakete ist ein Typ der Ion-Trägerrakete, die seit Jahrzehnten für das Stationshalten durch die Sowjetunion verwendet worden ist und jetzt auch im Westen angewandt wird: Kluger Satelliten-1 von Europäischer Weltraumorganisation, gestartet 2003, hat es (Snecma PPS-1350-G) verwendet. Dieser Satellit hat seine Mission am 3. September 2006 in einer kontrollierten Kollision auf der Oberfläche des Monds nach einer Schussbahn-Abweichung vollendet, so konnte Wissenschaftler den 3-Meter-Krater der auf der sichtbaren Seite des Monds geschaffene Einfluss sehen.

Morgendämmerung

Dawn wurde am 27. September 2007 gestartet, um den Asteroiden Vesta und der Zwergplanet Ceres zu erforschen. Um von der Erde bis seine Ziele eine Kreuzfahrt zu machen, verwendet es drei Tiefen Raum 1 Erbe xenon Ion-Trägerraketen (nur einer nach dem anderen schießend), um es in einer langen äußeren Spirale zu nehmen. Eine verlängerte Mission, in der Dawn andere Asteroiden nach Ceres erforscht, ist auch möglich. Der Ion-Laufwerk von Dawn ist zur Beschleunigung von 0 bis in 4 Tagen fähig.

GOCE

Der Ernst von ESA Feld- und Steady-Stateozeanumlauf-Forscher wurde am 16. März 2009 gestartet. Es wird fortsetzen, Ion-Antrieb überall in seiner zwanzigmonatigen Mission zu verwenden, die Luftschinderei zu bekämpfen, die es in seiner niedrigen Bahn erfährt.

Geplante Missionen

Außerdem werden mehrere Missionen geplant, um Ion-Trägerraketen in den nächsten paar Jahren zu verwenden.

BepiColombo

ESA wird die Mission von BepiColombo zu Quecksilber 2014 starten. Es verwendet Ion-Trägerraketen in der Kombination mit dem Schwingen-bys, um zu Quecksilber zu kommen, wo eine chemische Rakete für die Bahn-Einfügung angezündet wird.

GSAT-4

Indianerraumforschungsorganisation wird Ion-Trägerraketen in seinem GSAT-4 Satelliten verwerten. Das wird das Leben des Satelliten von den gegenwärtigen 10 Jahren bis zu den 15 Jahren vergrößern.

Bahnbrecher von LISA

LISA Pathfinder ist ein ESA 2013 zu startendes Raumfahrzeug. Es wird Ion-Trägerraketen als sein primäres Antrieb-System nicht verwenden, aber wird sowohl kolloidale Trägerraketen als auch FEEP für die sehr genaue Höhe-Kontrolle verwenden — die niedrigen Stöße dieser Antrieb-Geräte machen es möglich, das Raumfahrzeug zusätzliche Entfernungen sehr genau zu bewegen. Es ist ein Test auf die mögliche Mission von LISA.

Internationale Raumstation

, ein zukünftiger Start Ad astra VF-200 VASIMR elektromagnetische Trägerrakete wurde für das Stellen betrachtet und auf der Internationalen Raumstation geprüft. Der VF-200 ist eine Flugversion des VX-200. obwohl es später sein kann.

Da die verfügbare Leistung vom ISS weniger als 200 Kilowatt ist, wird der ISS VASIMR ein Tröpfeln-beladenes Batteriesystem einschließen, 15 Minute-Pulse des Stoßes berücksichtigend. Die Prüfung des Motors auf ISS ist wertvoll, weil ISS Bahnen an einer relativ niedrigen Höhe und ziemlich hohe Niveaus der atmosphärischen Schinderei erfahren, periodische Zunahmen der Höhe notwendig machend. Zurzeit erfüllt das Höhe-Wiederaufladen durch chemische Raketen diese Voraussetzung. Wenn die Tests des VASIMR-Wiederaufladens des ISS gemäß dem Plan gehen, konnte die Zunahme im spezifischen Impuls bedeuten, dass die Kosten des Brennstoffs für das Höhe-Wiederaufladen ein zwanzigster von den aktuellen jährlichen Kosten von $ 210 Millionen sein werden. Wasserstoff wird durch den ISS als ein Nebenprodukt erzeugt, das zurzeit in den Raum abreagiert wird.

Siehe auch

• Vergleich von Augenhöhlenraketentriebwerken
• Elektrischer Antrieb
• Kolloidale Trägerraketen
• Raumfahrzeugantrieb
• Elektrische Kernrakete
• Saal-Wirkungsträgerrakete
• Trägerrakete von Magnetoplasmadynamic
• Plasmaträgerrakete von Electrodeless
• Feldemission elektrischer Antrieb
• Pulsierte induktive Trägerrakete
• VASIMR
• Nano-Partikel-Feldförderungsträgerrakete

Links

• Strahlantrieb-Laboratorium von NASA
• Colorado staatliche Universität elektrischer Antrieb & Plasmatechnik (CEPPE) Laboratorium

Artikel

• Die Tägliche Milchstraße: Trumpf-Sterntreck von NASA: Die Lebende Ion Drive! (Am 13. April 2009)
• Die Tägliche Milchstraße: Das Äußerste Raumgerät: Die Lebende Ion Drive der NASA! (Am 7. Juli 2009)

Referenzen

• Trägerraketen von ElectroHydroDynamic (EHDT), RMCybernetics.