...i tako postavio novi rekord

Ako u pretraživač ukucaš reči „next" i „cosmos" Google će te uputiti u dva pravca: jedan je ka sondi „NExT" koja je 2007. posetila kometu Tempel 1, i potrošivši svo gorivo, poslata u nepoznato. Danas ći pisati o drugom pravcu: raketnom motoru koji nosi isti akronim (skraćenicu).

 zrak

Slika Nasinog jonskog motora NEXT tokom testiranja u vakuumskoj komori. Motor je konstruisan u klivlendskoj kompaniji „Glenn Research Center”, koja između ostalog proizvodi i gornji raketni stepen Centaur” i sistem EPS za snabdevanje električnom energijom Međunarodnu stanicu.

Motor je proizvela kompanija “Aerojet” a stvara potisak od 236 mN i specifični impuls (Isp) od 4.190 sec. (naspram 3.120 sec. “Dawnovih” NSTAR motora).

Dokazavši još jednom da su „Zvezdane Staze“ bile zastrašujuće dalekovide – američka agencija NASA je prošle godine objavila da je njen jonski motor NEXTNASA’s Evolutionary Xenon Thruster – neprestano radio preko 48.000 sati (pet ipo godina). To je izvanredno dostignuće, budući da se jonski pogon smatra jednim od najboljih načina za pokretanje dugoročnih deep-space misija ka drugim planetama i solarnim sistemima. Sa dokazanim radnim vekom od preko pet godina, NEXT motori predstavljaju veliki korak u napred ka pogonu Nasine sledeće generacije kosmičkih letilica.

Jonski električni trasteri[1] rade, kao što im ime i sugeriše, tako što kroz mlaznik ispaljuju jone (naelektrisane atome ili molekule) velikom brzinom (gornja slika). U slučaju NEXT–a, rad je vrlo prost. Ksenon (plemeniti gas) se ušpricava u komoru. Jedan elektronski top (zamišljaj katodnu cev na starim TV) ispaljuje mlaz elektrona ka atomima ksenona[2], stvarajući usijanu plazmu negativnih i pozitivnih jona. Pozitivni joni se izdvajaju posebnim sistemom koji se sastoji od 2 ili 3 električne rešetake, nakon čega ih usled razlike potencijala visokonaelektrisane rešetke ubrzavaju do energije 1–2 keV i izbacuju ih van motora brzinom od 145.000 km/h, generišući potisak. Energija za pogon elektronskog topa može da potekne od solarnih panela, ali i od radioizotopskih termoelektričnih generatora (tj. nuklearnih baterija, kakve npr. koristi „Curiosity“). NEXT radi na solarni pogon, što će reći da dobija struju preko solarnih panela dovoljnu za pokretanje jonskog motora snage 7 kW.

traster
Šematski prikaz elektrostatičkog jonskog trastra (kao što je Nasin NEXT, i većina ostalih jonskih trastera).

S druge strane, potisak koji proizvode jonski trasteri minimalan je: u najboljem slučaju jonski pogon može da ostvari ukupan potisak od nekih 0,5 njutna (ekvivalentno sili kojom nekoliko metalnih dinara gura naš dlan), dok hemijski motori (koji pokreću skoro svaku kosmičku letilicu ikada lanisanu) instalirani na sondama ii satelitima proizvode stotine ili hiljade njutna. Caka je u tome – a to i jeste razlog zbog kojeg su jonski trasteri tako innteresantni – što je njihova efikasnost u potrošnji goriva 10 do 12 puta veća nego kod hemijskih motora. Svakom je jasno da je u slučaju višegodišnjih ili čak više decenijskih kosmičkih putovanja efikasnost u potrošnji veoma bitna.

Sa tako slabašnim potiskom, jonskom pogonu baziranom na NEXT tehnologiji trebalo bi 10.000 časova – preko godinu dana – da dostigne odgovarajuću brzinu za kosmička putovanja. Nasina sonda o kojoj redovno pišem izveštaje, „Dawn“, takođe je pokretana jonskim motorima. Leti zahvaljujući trima jonskim motorima tipa NSTAR[3] prethodne generacije (proizvodi ih „Aerojet“, ista firma kao i NEXT). Tim motorima treba četiri dana na da ubrzaju od 0 do 100 km/h. Nažalost našu, jonski trasteri mogu da budu od koristi jedino u kosmičkom vakuumu; u slučaju bilo kakvog trenja, kao što bi to bio slučaj na Zemlji, jonski pogon bi se pokazao beskorisnim. Dobra novost, međutim, jeste da bi eventualna maksimalna brzina kojom bi mogla da se kreće neka letilica pokretana jonskim motorima bila reda veličine 321.000 km/h!

Sledeći korak je da se sada vidi da li će NASA želeti da upotrebi NEXT na nekoj od danas aktuelnih kosmičkih letilica. Zna se samo da je NASA uputila zahtev zainteresovanim kompanijana za predloge test–misije, te se nadamo da ćemo uskoro čuti nešto više o tome. I druge kosmičke agencije, uključujući i ESA, takođe rade na letilicama sa jonskim pogonom.

next
Tokom petogodišnjeg testiranja, NEXT je potrošio oko 870 kg ksenonskog goriva i ostvario totalni impuls za koji bi raketi sa konvencionalnim gorivom trebalo 10.000 kg istog.

Pročitaj i ovo: Novi motori za jeftiniji pogon u kosmosu



1. Ako je verovati Amerikancima, prvi je ovu ideju teorijski pominjao Robert Goddard još 1906.godine. Ideju je imao i Hermann Oberth 1923. Ipak, prvi jonski motor napravio je Harold Kaufman 1959. za Nasu.

2. Svaki atom ksenona ima 54 elektrona.

3. Prema prostoj formuli F=m·a, tj. a=F/m, traster NSTAR koji proizvodi potisak (tj. silu F) od 92 mN, ubrzaće sondu težine 1000 kg za 0,092 / 1000 = 0,000092 m/s2 (ili 9,39×10–6 g).

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Komentari  
Draško Dragović
0 #2 Draško Dragović 29-10-2013 22:22
Ako ne računamo klasičan odgovor - a on se tiče tehnologije, materijala i sl. - ograničenja su kao i uvek energetske prirode. I ovi "klasični" jonski motori se još uvek smatraju motorima budućnosti, a vezivati jone za brzinu svetlosti je tek tema za budućnost.
Koliko ja znam (ne znam mnogo, priznajem), princip rada jonskih motora jese prost i poznat već decenijama, ali njih proizvodi tek nekoliko zemalja na svetu. Ne zato što drugi neće, već zato što su izuzetno pipavi i komplikovani. Zbog toga mislim da i samo razumevanje ovih postojećih predstavlja veliki izazov, a razmišljati o njima skopčano sa relativističkim efektima je za mene i vas ipak samo intelektualna vežba.
Biće mi veoma drago ako napišeš jedan tekst o limitima takvog pogona.

Pozdrav,
Dračko
Rapaic Rajko
+1 #1 Rapaic Rajko 29-10-2013 12:17
Zanima me, koja su ogranicenja jonskog pogona?
Zamislimo da imamo neogranicene kolicine elektricne energije (recimo iz reaktora), do kojih brzina se mogu poterati joni ksenona? Da li bi tu bilo realtivistickih efekata? Da li bi masa ubrzanog jona rasla, ako bi se njegova brzina priblizavala (na primer) 0.1 c? (c - brzina svetlosti) Porastom mase (ne samo brzine) bi rastao i impuls jona, a to nas zanima, zar ne?
Cini mi se da fali jedan dobar text na temu "limiti jonskog pogona" ;-)
Dodaj komentar