Degvielas patēriņa ziņā efektīvais T6 jonu vilces spēks nosūtīs BepiColombo uz dzīvsudrabu līdz 2024. gadam

Vienkāršākais veids, kā izskaidrot jonu dzinējspēka kosmosa izpētes ieguvumu virs raķetes, ir salīdzināt tos vienkāršā „bruņurupuču un zaķu” stilā: ātrāk no abiem - šajā gadījumā raķetē - ne vienmēr uzvar sacensībās.

“Zaķis ir ķīmiska dzinējspēka sistēma un misija, kurā jūs varat aizdedzināt galveno dzinēju 30 minūtes vai stundu un pēc tam lielāko daļu brauciena, ko jūs krastā esat,” sacīja NASA In-Space dzinējspēka tehnoloģiju programmas vecākais tehnologs Michael Patterson. Apgrieztā. “Ar elektrisko piedziņu tas ir kā bruņurupucis, jo jūs sākat ļoti lēni sākotnējā kosmosa kuģu ātrumā, bet jūs nepārtraukti virzīsieties ļoti ilgu laiku - daudzus tūkstošus stundu -, un tad kosmosa kuģis nonāk ļoti lielā delta ātrumā. ”

Jonu dzinēji tiks izmantoti Eiropas Kosmosa aģentūras (ESA) misijā Mercury. BepiColombo (varbūt visvairāk britu skanošais kosmosa kuģis līdz šim brīdim) sāks darboties 2017. gadā, lidojot Venusā 2019. un 2020. gadā, un 2024. gadā dzīvsudraba smaguma pakāpe.

Kosmosa kuģis izmantos īpaši izstrādātus T6 jonu virzītājspēkus, kas ļaus ESA izpētīt mūsu galaktikas visdziļāko planētu, ja tā ilgums ir gandrīz septiņi gadi. Divi orbīti no ESA un Japānas Kosmosa aģentūra (JAXA), ko izvietoja BepiColombo, arī varēs analizēt planētas virsmu vienam Zemes gadam.

Ilgstoša ceļojuma loģistika nebūtu iespējama bez jonu dzinējspēka tehnoloģijas, kuru Patterson jau gadiem ilgi ir izstrādājis kā NASA Deep Space 1 Dawn misijas projektēšanas inženieri un NASA Evolucionāro ksenonu trokšņa (NEXT) dzinējspēka sistēmas galveno pētnieku. Viņš saka, ka tehnoloģija piedāvā daudz lielāku degvielas patēriņa efektivitāti, spēju doties uz ilgākām misijām (piemēram, BepiColombo), kā arī par zemāku izmaksu aizliegumu. Pašlaik viņš saka, ka 50 procenti no raķešu masas ir veltīta ķīmiskām degvielām.

“Ar tipiskiem raķešu dzinējiem jūs pavadāt pusi no sava starta transportlīdzekļa (masas), lai novietotu propelentu telpā, lai spētu virzīt visu, ko vēlaties, lai virzītos uz nākamo vietu,” saka Pattersons. “Novēršot šo ķīmisko dzinējspēka sistēmu uz kosmosa kuģa un izlaižot elektrisko piedziņu, jūs varat šo skaitli krasi mainīt līdz pat 10, 15 vai 20 procentiem no kopējās masas.”

Ar elektrostatiskajiem joniem pieslēgtie elektrostatiskie impulsi, tāpat kā T6, izmanto ksenona gāzi kā propelentu. ESA dzinējspēka inženieris Neil Wallace paziņoja, ka, pieņemot, ka T6 vilces dzinēji ir „vienāda masa propelentu”, tie var pat paātrināties līdz ātrumam “15 reizes lielāks nekā parastais ķīmiskais dzinējs”.

Nākotnē ar rentabliem raķešu palaišanas veidiem, SpaceX, protams, ir bijusi galvenā uzmanība, jo uzņēmums, kas dibināts Elon Musk, nesen parādīja, ka var atkārtoti izmantot raķetes un izkraut tos uz okeāniem.

Tomēr jonu piedziņa, kas būs noderīga kosmosa izpētes degvielas izmaksām, ir progresējusi „ledus” ātrumā, Patterson norāda.

„NASA un Eiropas Kosmosa aģentūras tehnoloģija ir diezgan zema,” viņš saka. “Ja mēs runājam par patēriņa elektroniku, starp koncepciju un lietojumu, tas aizņem deviņus līdz 12 mēnešus. Nākamās jonu dzinējspēka sistēmas, kas aizvieto 15 mēnešus atpakaļ būvēto un testēto dzinēju; mēs runājam par tās agrāko piemērošanu 2021. gadā. ”

NASA, šonedēļ, piešķīra Kalifornijas kompānijai Aerojet Rocketdyne $ 67 miljonus lielu 36 mēnešu līgumu, lai izstrādātu saules enerģiju darbojošos jonu dzinējus, kas varētu pagarināt misijas kalpošanas laiku vēl ilgāk nekā ļoti efektīvie ar dzinēju darbināmie jonu dzinēji BepiColombo.

Šobrīd T6 jonu virzītājspēki, kas darbina EAS BepiColombo braucienu, kā arī daži saules elektrisko un ķīmisko dzinēju dzinēji, būs pietiekami atjautīgi, lai vadītu kosmosa kuģi visu septiņu gadu misiju, turpretim zinātnieki agrāk ir bijuši paļauties uz slinga metodi, izmantojot planētas gravitācijas vilcienu - Marsietis stils.

EAS misija ir strauji tuvojas, un aģentūra tikko pabeidza jaunu T6 virzītājspēku testēšanu, kas šonedēļ ir T5 lielākais brālis. Pattersons saka, ka NASA 2020. gados arī īstenos vairākas misijas, kas balstītas uz jonu virzuļiem.

Patterson saka, ka NASA jau ir veikusi orbitālo uzraudzību visiem „relatīvi viegliem” objektiem ar ķīmisko piedziņu, bet tai būs nepieciešamas jonu sistēmas, lai sasniegtu augstākas vērtības mērķus, piemēram, mazākus, tālāk sasniedzamus mēnešus un asteroīdus, kas ir grūtāk orbītā bez noturīgas jonu dzinēju spējas.

"Tagad jūs saņemat interesantāku zinātni, piemēram, ieejot Saturnas vai Jupitera vai Marsa pavadoņu orbītā un veicot intriģējošu zinātni, kur ir iespēja izmēģināt dzīvi citur," saka Pattersons. „Tie ir zinātniski augstvērtīgi mērķi, bet tos ir grūti izdarīt no piedziņas viedokļa.”