Ионный ракетный двигатель

Ионный ракетный двигатель – ракетный двигатель, являющийся разновидностью электрических ракетных двигателей, рабочим телом которого является ионизированный газ. Конструктивно состоит из нескольких элементов: ионизатор рабочего тела, электростатическая ускоряющая система, система нейтрализации потока рабочего тела.

Первые идеи о возможности использования заряженных частиц для создания тяги были выдвинуты еще К. Э. Циолковским. Об этом же говорил и Годдард в 1906 г. Уже в 1923 г. была предложена первая конструкция ионного двигателя, после которой последовало еще несколько теоретических разработок. Распространенной является схема, использующая контактную ионизацию, появляющуюся при соприкосновении паров рабочего тела, имеющего низкие значения потенциала ионизации, с металлической поверхностью, разогретой до определенной температуры. Ускоряющая система может представлять собой два электрода с зазором около 5 мм, к которым приложена большая разность потенциалов. Нередко применяется схема, в которой в качестве положительного электрода задействованы ионы, что приводит к их ускорению сразу же после образования. Принцип работы ионного двигателя заключается в разгоне ионизированного газа электростатическим полем, в результате чего можно разогнать ионы до 200 км/с, в сравнении с 4 км/с – параметром, характеризующим химические ракетные двигатели. То есть данный тип ракетных двигателей может дать очень хороший удельный импульс, что позволяет существенно сэкономить на расходе реактивной массы газа.

Недостатком является очень слабая тяга, которая не позволяет использовать ионные двигатели в качестве стартовых, но не запрещает применять их в космическом пространстве, где за счет продолжительной работы можно добиться прекрасных значений скорости. Для использования в дальнем космосе необходимо пересмотреть систему поддержки работы двигателя для замены солнечных батарей на ядерные установки. Первый ионный электростатический двигатель был создан в 1960 г. в американском Lewis Research Centre.

В 1970-х гг. ионные двигатели успешно используются Советским Союзом в качестве навигационных двигателей на спутниках «Космос», «Метеор», «Луч». Аппаратом, обладающим маршевыми ионными двигателями, должна стать американская автоматическая станция Dawn, которая предназначена для изучения астероидов.

Искусственные спутники планет солнечной системы

Искусственные спутники планет Солнечной системы – космические аппараты, вращающиеся вокруг планет Солнечной системы на планетарных орбитах. После запуска первых искусственных спутников в околоземное пространство внимание ученых переключилось на ближайшее небесное тело к Земле – Луну.

Первым искусственным спутником Луны принято считать советскую автоматическую станцию «Луна-10», которая отправилась в дальний полет 31 марта 1966 г. Вес искусственного спутника «Луна-10» составлял 245 кг. Запуск станции осуществлялся с целью отработки системы, которая бы обеспечила создание искусственного спутника Луны и позволила детально изучить окололунное космическое пространство. 3 апреля 1966 г. автоматическая межпланетная станция «Луна-10» стала искусственным спутником Луны. Искусственный спутник Луны движется по орбитам приблизительно эллиптической формы с фокусом в центре Луны. С 1966 по 1969 г. было запущено 10 искусственных спутников Луны: пять с советской (серия «Луна») и пять с американской («Лунар орбитер») стороны.

Движение искусственных спутников Марса задается притяжением планеты Марс. 1971 г. был годом очередного сближения планеты Земля с Марсом. В этот период исследования планеты считаются наиболее эффективными. Великое противостояние Марса происходит приблизительно раз в 15 лет.

Космические державы не упустили такую возможность, и в мае 1971 г. были запущены две советские автоматические межпланетные станции «Марс-2» и «Марс-3» и американский космический зонд «Маринер-9». Все три космических аппарата впоследствии стали искусственными спутниками Марса.

Для выхода на орбиту искусственного спутника планеты аппараты были оснащены: автономной системой астронавигации, бортовым цифровым вычислительным комплексом, тормозной двигательной установкой. Автоматические станции «Марс-2», «Марс-3» и космический зонд «Маринер-9» выводились на различные орбиты, и результаты исследований были дополняющими друг друга. Одной из главных задач искусственного спутника «Марс-3» был советско-французский эксперимент под названием «Стерео», в ходе которого предполагалось детально изучить радиоизлучение Солнца.

Первыми искусственными спутниками Венеры стали советские космические аппараты серии «Венера»: «Венера-9» была запущена в 1975 г., а «Венера-10» – на 6 дней позднее. В основное оснащение спутников входили: система управления и ориентации на базе астродатчиков и бортового вычислительного комплекса; система дальней радиосвязи; система электропитания, использующая солнечные батареи для получения электроэнергии; система терморегулирования; двигательная установка, в основную задачу которой входило обеспечение перехода с межпланетной траектории на заданную орбиту искусственного спутника Венеры; разнообразная научная аппаратура для проведения исследований. Через три года был запущен американский космический аппарат «Пионер-Венера», который занял свое рабочее место на орбите в декабре 1978 г. и стал третьим искусственным спутником этой планеты. В задачи этих космических аппаратов входили: проведение научных исследований космического пространства в окрестностях Венеры, фотографирование облачного покрова в видимой и ближней УФ-области спектра, изучение свечения ночного неба Венеры.

Искусственные спутники Солнца, иначе называемые искусственными планетами, – космические аппараты, которые были выведены на орбиты вокруг Солнца, определяющим фактором движения которых является солнечное притяжение.

До 1971 г. было запущено много космических аппаратов, которые во время своей работы некоторое время являлись искусственными спутниками Солнца, так как для достижения целей эксперимента были вынуждены использовать околосолнечные орбиты.

Возможны два варианта, при которых космический аппарат покидает сферу действия Земли после движения по отрезку гиперболической орбиты, впоследствии выйдя на орбиту вокруг Солнца. Первым космическим аппаратом, который стал искусственным спутником Солнца, стала «Луна-1». Он был выведен на гиперболическую орбиту в 1959 г., на второй день после праздника Нового года. После прохождения траектории мимо планеты Луна космический аппарат «Луна-1» вышел на эллиптическую орбиту вокруг Солнца с периодом обращения 450 суток.

Другим примером являются космические аппараты, траектория которых рассчитана на пролет вблизи какой-либо планеты, в результате чего аппарат будет двигаться почти по эллиптической орбите. При сближении с планетой ее притяжение может перевести аппарат на другую эллиптическую орбиту и так далее, пока не произойдет следующее сближение с планетой. В 1974—1976 гг. были запущены немецкие космические аппараты серии «Гелиос», которые предназначены для исследования космического и околосолнечного пространства с гелиоцентрической орбиты.