Motor i??nic

De Viquip??dia

Un propulsor i??nic o motor i??nic ??s un dels diferents tipus de propulsi?? espacial, i m??s espec??ficament del tipus el??ctrica. S'utilitza un feix de ions (mol??cules o ??tom amb c??rrega el??ctrica) per a la propulsi??. El m??tode prec??s per a accelerar els ions pot variar, per?? tots els dissenys usen l'avantatge de la relaci?? c??rrega-massa dels ions per a accelerar-los a velocitats molt altes utilitzant un camp el??ctric. Gr??cies a aix??, els propulsores i??nics poden arribar a un impuls espec??fic alt, reduint la quantitat de massa necess??ria, per?? incrementant la quantitat de pot??ncia necess??ria comparat amb els coets convencionals. Els motors i??nics poden desenvolupar un ordre de magnitud major de efic??cia de combustible que els motors de coet de combustible l??quid, per?? restringits a acceleracions molt baixes per la relaci?? potencia-massa dels sistemes disponibles.

El principi del propulsor i??nic data dels conceptes desenvolupats per el f??sic Hermann Oberth i la seva obra publicada en 1929, Die Rakete zu donin Planetenr??umen. El primer tipus de motor i??nic, conegut com propulsor i??nic de tipus Kaufman, es va desenvolupar en els anys 1960 per Harold R. Kaufman, treballant per a la NASA i basats en el Duoplasmatr??.

L'impuls generat per un motor coet prov?? de la velocitat amb que expulsa els gasos procedents de la combusti?? a traves de la tovera i de la massa d'aquests. Una manera d???aconseguir velocitats m??s grans ??s produir i accelerar ions a dins d???un conjunt de camps magn??tics.

Taula de continguts 1 Tipus 2 Disseny general 3 Energia utilitzada 4 Embranzida 5 Vida ??til 6 Missions 6.1 SERT 6.2 SMART 1 6.3 Artemis 6.4 Deep Space 1 6.5 Dawn 6.6 Hayabusa 7 Desenvolupament 8 Refer??ncies 9 Vegeu 10 Enlla??os externs

[edita] Tipus

Existeixen diversos tipus de motors i??nics en desenvolupament: alguns s??n utilitzats, mentre que uns altres encara no han estat provats en naus espacials. Alguns dels tipus s??n:

• Propulsor col??lo??dal
• Propulsor i??nic electrost??tic
• FEEP
• Propulsor d'efecte Hall (HET)
• Propulsor helico??dal de doble capa (HDLT)
• EPT
• Propulsor inductiu polsant (PIT)
• Propulsor magnetoplasmadin??mic (MPD)
• VASIMR

[edita] Disseny general

En el seu disseny m??s senzill, un propulsor i??nic electrost??tic, els ??toms d'arg??, mercuri o xen?? s??n ionitzats mitjan??ant l'exposici?? d'electrons provinents d'un filament de c??tode. Els ions s??n accelerats al passar-los a trav??s de reixetes carregades.

Tamb?? es dispara electrons al feix d'ions que surt de les reixetes com ions carregats positivament que deixen el propulsor. Aix?? mant?? a la nau espacial i el feix del propulsor el??ctricament neutrals. L'acceleraci?? utilitza una massa molt petita, amb un impuls espec??fic I_sp molt alt. En les d??cada de 1970 i 1980, la investigaci?? de la propulsi?? i??nica va comen??ar utilitzant cesi per?? es va veure que erosionava la reixeta. Despr??s d'aix??, es varen comen??ar a utilitzar principalment gasos nobles.

[edita] Energia utilitzada

Un factor important ??s la quantitat d'energia o pot??ncia necess??ria per a fer funcionar el propulsor, en part per la ionitzaci?? dels materials, per?? principalment per a accelerar els ions a velocitats molt altes perqu?? tingui un efecte ??til. Les velocitats de sortida habituals solen ser de 30.000 m/s, que ??s molt major que els 3.000-4.500 m/s que obt?? un coet convencional. Aix?? tamb?? serveix per a reduir la quantitat de propelent necessari.

En els motors i??nics, la major part de l'energia es perd en la sortida a velocitats altes i afecta als nivells d'embranzida. Com resultat, l'embranzida total obtingut a partir de certa quantitat d'energia ??s inversament proporcional a la velocitat de sortida (ja que el consum d'energia per quilogram de propelent ??s proporcional a la velocitat de sortida al quadrat, per?? l'embranzida per quilogram de propelent sol ??s proporcional a la velocitat de sortida, segons l'equaci?? del coet de Tsiolskovski). Per tant, augmentar la quantitat de moviment de la sortida d'ions deu vegades necessitaria gastar cent vegades m??s en energia. En conseq????ncia, se sacrifica entre l'impuls espec??fic i l'embranzida, sent ambd??s inversament proporcionals a un certa quantitat d'energia.

Un propulsor i??nic utilitzant un accelerador de part??cules pot ser dissenyat per a arribar a una velocitat de sortida propera a la velocitat de la llum. Aix?? li proporcionaria un impuls espec??fic al motor d'uns 30.000.000 segons (gaireb?? un any), per?? donaria inevitablement una embranzida insignificant a causa del poc flux de propelent.

La velocitat de sortida dels ions quan s??n accelerats dintre del camp el??ctric pot ser calculat amb la f??rmula:

On v_i ??s la velocitat de l'i?? accelerat,
Q ??s la c??rrega de l'i??,
m_i ??s la massa de l'i?? i
V ??s la difer??ncia de potencial del camp el??ctric.

[edita] Embranzida

En la pr??ctica, les fonts d'energia poden proporcionar algunes desenes de kilowatts, donant un impuls espec??fic de 3.000 segons (30 kN??s/kg), aconseguint una for??a molt modesta, de l'ordre de desenes o cent??simes d'un Newton. Els motors de majors dimensions necessiten fonts d'energia m??s grans. Un propulsor i??nic sol accelerar una nau espacial entre 0,000098 m/s?? a 0,0098 m/s?? (entre un mil??l??sima i una centmil??l??sima part de la acceleraci?? de la gravetat).

[edita] Vida ??til

A causa del embranzida baixa, la vida ??til del propulsor i??nic es converteix en una caracter??stica important. Els propulsors i??nics poden funcionar durant un per??ode de temps llarg per a permetre que les petita acceleraci?? obtingui una velocitat ??til.

En el disseny m??s senzill, un propulsor i??nic electrost??tic, els ions sovint copegen la reixeta, erosionant-la i finalment provocant una avaria. Les reixetes de dimensions redu??des disminueixen la possibilitat d'aquestes col??lisions accidentals, per?? tamb?? redueixen la quantitat de c??rrega que poden manejar, reduint l'embranzida.

[edita] Missions

De tots els propulsores el??ctrics, els motors i??nics han estat considerats, de forma comercial i acad??mica, els m??s apropiats per a missions interplanet??ries i maniobres en ??rbita. S'ha vist als propulsores i??nics com la millor soluci?? en missions que necessiti una difer??ncia de velocitat molt alta i es disposi d'un per??ode de temps llarg per a aconseguir-lo.

[edita] SERT

La primera nau espacial a utilitzar aquesta tecnologia va ser la Space Electric Rocket Test (SERT) en la d??cada de 1970^[1].

[edita] SMART 1

Durant d??cades, la Uni?? Sovi??tica va utilitzar un propulsor d'efecte Hall per a mantenir l'??rbita en les seves estacions espacials. L'Ag??ncia Espacial Europea va utilitzar el mateix tipus en la seva sonda SMART-1. La sonda complet?? la seva missi?? el 3 de setembre de 2006 en una col??lisi?? controlada amb la superf??cie de la Lluna.

[edita] Artemis

El 12 de juliol de 2001, l'Ag??ncia Espacial Europea va fracassar en el llan??ament del sat??l??lit de comunicacions Artemis, que don?? lloc a una deterioraci?? orbital. El subministrament de propelent del sat??l??lit era suficient per a transferir-lo a una ??rbita semiestable i durant els seg??ents 18 mesos es va utilitzar el sistema de propulsi?? i??nic per a la seva transfer??ncia a una ??rbita geostacionaria^[2].

[edita] Deep Space 1

La NASA va desenvolupar un propulsor i??nic denominat NSTAR per a utilitzar-lo en missions interplanet??ries. El propulsor es va provar amb la sonda espacial Deep Space 1. Hughes havia desenvolupat el Sistema de Propulsi?? I??nica de Xen?? o XIPS per a mantenir en ??rbita els sat??l??lits geoestacionaris.

[edita] Dawn

La sonda Dawn ser?? llan??ada al juny de 2007 per a explorar el planeta nan Ceres i l'asteroide Vesta. Per a arribar als seus objectius utilitzar?? tres motors i??nics hereus del motor de la Deep Space 1, realitzant un recorregut en forma d'espiral.

[edita] Hayabusa

La sonda Hayabusa de la Ag??ncia Japonesa d'Exploraci?? Aeroespacial, que es va llan??ar en 2003 i es va acostar amb ??xit a l'asteroide (25143) Itokawa, romandr?? prop durant alguns mesos per a la recollida de mostres i informaci??, est?? propulsada per quatre motors i??nics de xen??. La sonda disposa d'una reixeta de material compost que ??s resistent a l'erosi??^[3].

[edita] Desenvolupament

En 2003, la NASA va provar en terra una nova versi?? de la seva propulsor i??nic denominada High Power Electric Propulsion o HiPEP. El propulsor HiPEP difereix dels models anteriors que els ions de xen?? s??n creats utilitzant una combinaci?? d'energia de microones i camps magn??tics. La ionitzaci?? s'aconsegueix mitjan??ant un proc??s anomenat resson??ncia electr?? ciclotr?? o ECR. En l'ECR, s'aplica un camp magn??tic uniforme a la c??mera que cont?? el gas xen??. Hi ha presents una petita quantitat d'electrons lliures en l'??rbita del gas al voltant de les l??nies del camp magn??tic en una freq????ncia fixada, denominada freq????ncia de ciclotr??. La radiaci?? de microones es realitza amb la mateixa freq????ncia, subministrant energia als electrons, que despr??s ionitzen m??s ??toms de xen?? mitjan??ant col??lisions. Aquest proc??s crea de forma molt eficient un plasma en gasos de densitat baixa.

S'han considerat altres propelents per als motors i??nics. S'ha investigat l'??s de fuler?? per a aquest prop??sit, espec??ficament el C60 o buckminsterfuler??, degut en part a la seva secci?? transversal de major grand??ria per a l'impacte d'electrons. Aquesta propietat li d??na major efic??cia que els dissenys basats en xen?? d'impuls espec??fic menor a 3.000 segons (29 kN??s/kg).

[edita] Refer??ncies

1. ??? Space Electric Rocket Test II (SERT II), NASA (angl??s)
2. ??? ESA. Artemis team receives award for space rescue {{(angl??s)}}.
3. ??? ISAS. ????????????????????????????????????????????????????????? (Motores i??nics utilitzats a la sonda Hayabusa) {{(japon??s)}}.

[edita] Vegeu

• Propulsi?? espacial
• Coet nuclear el??ctric
• EmDrive

[edita] Enlla??os externs

A Wikimedia Commons hi ha contingut multim??dia relatiu a: Motor i??nic

• Propulsi?? d'ions al Glenn Research Center, NASA (angl??s)
• Plasma Propulsion in Space, NASA (angl??s)
• ElectroHydroDynamic Thrusters (EHDT) (angl??s)