Реактивная тяга или как устроен ионный реактивный двигатель



    Не секрет, что все реактивные двигатели работают за счёт закона сохранения импульса. Именно из него вытекает, что реактивная тяга — это произведение массового расхода на скорость выхода рабочего тела из сопла.



    Эту скорость принято называть удельным импульсом реактивного двигателя. Давайте для примера найдём реактивную тягу при стрельбе из автомата Калашникова, которая является основной составляющей отдачи. Пусть масса пули будет 0,016 кг, начальная скорость пули 700 м/с, а скорострельность 10 выстр./с. Тогда отдача F=700∙0,016∙10=112 Н (или 11 кгс). Большая отдача, но тут приведена техническая скорострельность 600 выстр./мин. В реальности стрельба ведётся очередями или одиночными и составляет ≈50 выстр./мин.

    Выстрел из АК


    Вернёмся к реальным реактивным двигателям, в которых вместо пуль обычно используются потоки выходящего с гиперзвуковой скоростью газа. Химические реактивные двигатели являются самыми распространёнными, но не единственными.

    В этой статье, с большим предисловием, я хочу рассказать об ионных реактивных двигателях (далее ИРД). ИРД используют в качестве рабочего тела заряженные частицы — ионы. Ионы имеют массу, и если их разогнать электрическим полем, то можно создать реактивную тягу. Это всё в теории, а теперь подробнее. ИРД имеет некоторый запас газа, который ионизируют (т.е. нейтрально-заряженные атомы газа разбивают на отрицательные электроны и положительные ионы) с помощью газового разряда. Далее ионы разгоняются электрическим полем с помощью специальной системы сеток, и эта же система сеток блокирует движение электронов. После того, как положительные ионы вылетели из сопла, их нейтрализуют отрицательными электронами (в результате этого происходит рекомбинация и газ начинает светиться), чтобы ионы не притягивались обратно к двигателю, и тем самым не снижали его тяги.

    image

    Почему ксенон?
    Обычно в ИРД в качестве рабочего тела используется газ ксенон, так как он имеет наименьшую энергию ионизации среди инертных газов.
    image

    Удельный импульс ионных реактивных двигателей достигает 50 км/с, что в 150 раз превышает скорость звука! Увы, но тяга таких двигателей составляет около 0,2 Н. Почему же так? Ведь удельный импульс очень большой. Дело в том, что масса ионов очень маленькая и массовый расход получается небольшим. Для чего тогда такие двигатели нужны, если они ничего не смогут сдвинуть с места? На Земле может быть не смогут, а вот в космосе, где нет сил сопротивления, они достаточно эффективные. Существует такое понятие как полный импульс — произведение тяги на время или произведение удельного импульса на массу топлива, который у ИРД является достаточно большим.

    Решим следующую задачу. Пусть жидкостный ракетный двигатель имеет удельный импульс 5 км/с, а у нашего ИРД он будет 50 км/с. И давайте масса рабочего тела (в ЖРД она равна массе топлива) у обоих двигателей будет 50 кг. Примем массу космического аппарата равной 100 кг.
    Найдём по формуле Циолковского конечную скорость аппарата (т.е. когда в нём закончится рабочая масса).



    И что получается, если ионный и химический реактивные двигатели будут иметь одинаковую массу топлива, то ИРД сможет разогнать космический аппарат до больших скоростей, нежели химический РД. Правда на ИРД космический аппарат будет разгонятся дольше до конечной скорости, чем на ЖРД. Но в путешествиях к далёким планетам, высокая конечная (разгонная) скорость будет компенсировать этот недостаток.

    Схема полёта к Марсу на ИРД


    ИРД используются и в наше время. Например, аппарат Deep Space 1 сблизился с астероидом Брайль и кометой Борелли, передал на Землю значительный объём ценных научных данных и изображений.


    Deep Space 1

    Также космическая антенна LISA, которая сейчас находится на стадии проектирования, будет использовать ИРД для корректировки орбиты.


    Laser Interferometer Space Antenna

    И напоследок, давайте определим тягу ИРД, зная массу иона М=6,5∙10^-26 кг, ускоряющие напряжение U=50 кВ, ток нейтрализации I=0,5 А, элементарный заряд е=1,6∙10^-16 Кл.



    Напряжение — это работа по переносу заряда, т.е. на выходе из сопла ион будет иметь кинетическую энергию равную произведению напряжения на заряд иона. Из кинетической энергии выражаем скорость (удельный импульс). Найдём массовый расход из определения тока, электрический ток — это проходящий заряд во времени. Получается, что массовый расход — это произведение массы иона и тока, делённое на заряд иона. Перемножая удельный импульс и массовый расход, получаем тягу равную 0,1 Н.



    Подводя итог, хочу сказать, что существуют плазменные реактивные двигатели, у которых схожее устройство, но которые имеют намного больший массовый расход рабочего тела. Кто знает, может быть уже завтра на таких двигателях человечество будет летать на Марс и Луну.

    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 120
      0
      Спасибо за статью.
      Вопрос: можно ли сэкономить топливо, производя вместо раскрутки у Земли, старт с орбиты Луны? Идея ведь одна и та же — поднятие орбиты. Только в случае старта с орбиты Луны орбита будет уже будет достаточно высоко на Землёй.
        +1
        производя вместо раскрутки у Земли, старт с орбиты Луны?

        Можно. Можно и от земли уходить на ионниках — см. SMART-1, Hiten / Celestial Maiden

        Но пока на луне нет ни комплексов взлет-посадка, ни заправки ксеноном, ни ЭМ катапульты длиной километров 100, а лучше 200.
          0
          То что можно от Земли уходить на ионниках — это понятно :)
          Цель моего вопроса была узнать даже не возможность экономии топлива, а возможность экономии времени. Потому что трёхмесячная раскрутка вокруг Земли — это то звуно в цепи, которое напрашивается на оптимизацию. Например, на старт с орбиты Луны.
            +2
            Можно. Но тогда сначала как-то надо оказаться возле Луны, и трёхмесячная раскрутка — это как раз один из способов. Другие варианты — использовать тяжёлые и сверхтяжёлые многоступенчатые ракеты или многопуск и заправляемые на орбите ступени Фалькона Хэви и БФР.
              +1

              Может показаться неожиданным, но "оказаться у Луны" и "оказаться возле Марса" на самом деле почти одно и то же с точки зрения требуемой характеристической скорости.

                +1
                Вы всех запутаете так, мы же про орбиты говорим, просто так пролететь мимо — смысла особого нет. А для орбиты Луны — понадобится 2.74 км/с, для орбиты же Марса — 4.3 (то есть, фактически, еще одна ступень напрашивается).
                  0

                  Но у Марса можно тормозить об атмосферу.

                    0
                    Много не сэкономите, а риск слишком большой. И аппарат нужно будет аэродинамически проектировать специально для этого, теплозащиту ставить, систему коррекции ориентации в атмосфере и всякие там убирающиеся солнечные батареи. Просто увеличить запас топлива может оказаться дешевле.
                      –1
                      Много не сэкономите, а риск слишком большой.
                      Это смотря как посмотреть. И НАСА, и Роберт Зубрин, и оба варианта (BFS & ITS) от Маска рассчитаны на посадку и на заправку марсианским топливом, причём первые проекты для этого должны были с собой водород привозить. Для всех этих аппаратов и теплозащита и складные батареи — необходимость.

                      Кстати, «Любопытство» тоже тормозился в атмосфере. Это вообще уже неплохо освоенный манёвр, тем более после исследований скоросного планирования в верхней, разрежённой атмосфере Земли, проведённых Маском вместе с НАСА на возвращающихся после орбитального запуска ступенях.

                      Просто увеличить запас топлива может оказаться дешевле.
                      Очень маловероятно, так как «просто увеличить запас топлива» у вас не получится, потребуется дополнительная ступень, и она должна выдержать время перелёта, так что это в любом случае очень не просто. Скорее будет проще сделать торможение в атмосфере и небольшой дополнительный импульс для скругления орбиты.

                      Система ориентации в атмосфере — обычная инерционная, коррекция может производиться, например, изменением положения центра масс. Но можно использовать и аэродинамические рули или дополнительные двигатели.
                        +1
                        Для посадочной платформы — понятное дело, нужна теплозащита и прочее, так что можно, наверное, выиграть. А вот для орбитального спутника — аэродинамическое торможение выльется в большие затраты и бессмысленный риск. Все-таки затормозить на километр в секунду при скорости в 4.5+ об атмосферу за один пролет по касательной — это не так уж и просто.

                        Ну и чтобы тот же центр масс менять — надо сначала эту массу на спутник добавить, вместе с массой механики, которая его переставляет. :)
                          0
                          Ну и чтобы тот же центр масс менять — надо сначала эту массу на спутник добавить, вместе с массой механики, которая его переставляет. :)
                          Два или три небольших актуатора, покачивающих аэродинамический щит в разных плоскостях — вполне подойдут. Масса аэродинамического щита вместе с актуаторами и батареей для того, чтобы «затормозить на километр в секунду при скорости в 4.5+» потребуется меньше, чем масса ДУ с топливом для той же задачи.

                          Ну и чтобы тот же центр масс менять — надо сначала эту массу на спутник добавить
                          Спутник у нас, естественно, массы не имеет, аки дух святой?
                            0
                            Я же говорю, какая задача смотря. Если орбитальный телескоп, скажем, то добавлять аэродинамический щит для защиты его на 4.5 км/c с актуаторами на жестяную банку неправильной формы — задача еще та. Банально крепить не к чему, нет серьезных несущих конструкций, защиту навешивать на саму банку и всякие ответственные инструменты, теплоотводы для нежной начинки делать. Ну и просто качать щитом не выйдет, нужна система ориентирования понадежнее, так как вся собственная масса спутника зафиксированна внутри, чтобы центр масс серьезно менять — нужна большая дополнительная, маховики всякие.
                              0

                              А зачем ему центр менять, можно щит изначально установить с небольшим смещением относительно центра масс, и вертеть весь аппарат.

                                0
                                Если орбитальный телескоп
                                Орбитальный телескоп сначала выходит на орбиту, и только потом раскрывается. Тем более, что в данном случае, вы, очевидно, так обозвали спутник ДЗЗ с аппертурой сантиметров в двадцать. Впрочем, независимо от аппертуры щит крепить можно в районе зеркала. И система ориентирования для торможения вполне подходит — для съёмки ДЗЗ требуется намного круче.

                                И не нужны (для аэродинамического управления, они потребуются потом — во время съмки с орбиты для точного наведения) никакие маховики, достаточно чуть-чуть шевельнуть спутник внутри аэродинамического щита и положение центра масс переместится относительно центра давления — а больше для управления ничего и не нужно!
                                  0
                                  Для съемки телескопу нужна точная система ориентирования, а не такая, чтобы парировать сильные аэродинамические завихрения. В реальной жизни — не применяют для выхода на орбиту, и нагрузка большая (как по весу, так и по системе управления) и риск потерять дорогой аппарат у Марса слишком большой. Вот для коррекции орбиты после выхода на нее — да, используется. Там можно понемножку, проходя через самые верхние слои тормозить по несколько десятков метров в секунду за один проход, даже не парясь о нагреве и прочем. Mars global surveyor, например, вообще солнечными батареями тормозил. Но именно для коррекции, на начальную орбиту он выходил как раз движками.
                                    0
                                    Для съемки телескопу нужна точная система ориентирования, а не такая, чтобы парировать сильные аэродинамические завихрения.
                                    Вот и я об этом говорю, а вы предлагаете ставить маховики там, где нужно управлять аэродинамикой, центром массы или рулевыми двигателями.

                                    Маховики пригодны только для точной ориентировки!

                                    Mars global surveyor, например, вообще солнечными батареями тормозил.
                                    Мы с вами говорим о разных аппаратах. И использование атмосферы для маневра давно известно и отработано.
                                      +1
                                      Я бы не сказал про отработанность. Судя по данным википедии, для коррекции орбиты применялось оно только пять раз, а именно для выхода на орбиту — только два (один из которых оказался фактически неудачным). Наверное, все же стоит задуматься — почему такой привлекательный «на бумаге» маневр не используется?
                                        –1
                                        Добавьте к данным по Вики посадки Аполло и лунных Зондов, а так же посадки и полёты первых ступеней Фалькона-9, когда совместно с НАСА отрабатывалось высокоскоростное планирование ступени в верхних слоях атмосферы Земли. Вы думаете Маск просто так отказался от проекта «Красный Дракон» и изменил метод планируемой посадки на Марс между презентациями 2016 и 2017 годов?
                                          +1
                                          Зонды как раз и посчитали (те две миссии). Аполло не выходил на орбиту торможением, просто входил в атмосферу, там и скорость была меньше и аппарат был для посадки специально сделан.
                                            0
                                            Аполло не выходил на орбиту торможением
                                            Тем не менее для Аполло и Зонда эти траектории хорошо изучали. И скорость первого входа при возвращении от Луны была вполне достаточна.
                              0
                              А вот для орбитального спутника — аэродинамическое торможение выльется в большие затраты и бессмысленный риск. Все-таки затормозить на километр в секунду при скорости в 4.5+ об атмосферу за один пролет по касательной — это не так уж и просто.
                              нет необходимости тормозить за один пролёт. Вон TGO сначала вышел на орбиту 300*100000 км и год снижал её до круговой. Где-то за полтыщи пролётов, если правильно помню.
                                +1
                                нет необходимости тормозить за один пролёт
                                Важно за один пролёт перейти с пролётной траектории на орбитальную, после того можно не торопиться.
                                  0
                                  Ну так он именно это и сделал…
                                    +1
                                    Нет, TGO не тормозил в атмосфере Марса на первом пролете, он зонд туда скинул. Сам TGO вполне себе движками тормозил для выхода на орбиту.
                  0
                  без разницы, на самом деле. У вас есть дельта V, которую надо получить. У нее есть математическая сторона (dV) и техническая (где взять ксенон).
                    +2
                    кербал в помощь.
                      0
                      Вопрос возник как раз из-за KSP
                  0
                  Вам еще нужно будет потратить delta-v сначала на выход на орбиту Луны и потом еще на выход за пределы гравитационного радиуса Луны. Смысл тут будет только если аппарат собирают и запускают с лунной базы, в остальных случаях — бессмысленный расход топлива.
                    0
                    Не только. Есть ещё LDRO (Lunar Distant Retrograde Orbit), очень интересная орбита.



                    Но более интересно, если говорить о полётах не только к Луне и на Луну, топливо, которое можно производить с NEO, Near Earth Object (asteroid or comet remnant), астероидов, имеющих орбиту, близкую к земной.
                      0
                      По-моему, если уж делать заправочную станцию, то точка L2 будет лучше, тоже самое по затратам со всех сторон и фиксированное положение относительно Земли и Луны, легче и быстрее запускать из нее.
                        +1
                        У точки EML2 много плюсов, но три минуса. Во первых, полёт с неё на поверхность, или в обратном направлении — по трое суток примерно, и требует довольно много топлива. Во третьих, она не устойчива, и требует для поддержания топлива. Гало орбиты вокруг EML2 устойчивей, но не намного, и с них не всегда виден один из полюсов. LDRO, впрочем, тоже не устойчива, но топлива для поддержания требует значительно меньше, и может быть легко изменена в апоселении для быстрого прохождения над нужной точкой поверхности. Кроме того с неё практически постоянно виден один из полюсов Луны, что позволяет легко поддерживать связь.
                          0
                          Поддержание связи на L2 вообще никаких проблем не составит, даже в наше время сотовой связи и сети спутников на орбите. Устойчивость удаленной лунной орбиты будет не сильно больше L2, думаю. И можно заранее просчитать траектории старта к разным планетам в любой момент, без необходимости ждать нужного положения на орбите и корректировок из-за неизбежных отклонений.
                            0
                            Поддержание связи на L2 вообще никаких проблем не составит, даже в наше время сотовой связи и сети спутников на орбите.
                            Никто не говорил, что это невозможно, но для постоянной связи потребуется аппарат-ретранслятор. Иначе будут длительные перерывы связи.

                            Устойчивость удаленной лунной орбиты будет не сильно больше L2, думаю.
                            Правильно думаете. Только вот LDRO неустойчива, но легко управляема (в частности потому, что не требует большой точности при удержании), а EML2 не только неустойчива, но и очень требовательна к маневрированию.

                            И можно заранее просчитать траектории старта к разным планетам в любой момент, без необходимости ждать нужного положения на орбите и корректировок из-за неизбежных отклонений.
                            «Без необходимости ждать нужного положения на орбите» в принципе не получится, преимущество EML2 в том, что в нужный момент векторная орбитальная скорость на ней больше орбитальной скорости Луны (эффект плащи). И корректировки неизбежны, если мы хотим уйти с орбиты на целевую траекторию в нужный момент. LDRO не позволит использовать эффект плащи, поэтому характеристическая скорость для перелёта к телам вне системы «Земля-Луна» несколько больше но разница невелика. Зато время для отлёта можно корректировать — оно менее завязано на положение Луны относительно Земли.
                              0
                              Со связью справятся даже несколько простых ретрансляторов на Земле (а не на Луне), ну и спутники точно будут, раз уж построили заправочную станцию. Тут единственный плюс, что к Луне с ее ресурсами ближе, но в остальном…
                                0
                                Со связью справятся даже несколько простых ретрансляторов на Земле (а не на Луне)
                                Вот это точно не получится. Изредка станция на Гало орбите будет видна с Земли, но не видна с лунного полюса, причём иногда в этот момент и лунный полюс с Земли виден не будет. Впрочем, корректируя гало орбиту можно будет свести такие совпадения до нуля.

                                Тут единственный плюс, что к Луне с ее ресурсами ближе, но в остальном…
                                Как ни странно, но нет. Для перелётов с ионными двигателями EML2 лучше из-за эффекта плащи и постепенного набора скорости. Для перелётов с химическим двигателем, дозаправкой и использованием гравитационных манёвров лучше LDRO. LDRO может быть эллиптической и сильно вытянутой. Тогда можно стартовав с неё, можно сделать гравитационный манёвр сначала у Земли для перехода на траекторию полёта к Марсу или дальше, например, с активными гравитационными манёврами у Юпитера и вблизи Солнца, спрятавшись за тепловым щитом для выхода из эклиптики — вдогонку за Оумуамуа.
                    +1

                    Играю в игру Kerbal Space Program. На одном из форумов об игре попалось упоминание об идее межпланетных полетов по неклассическим нестабильным траекториям вокруг точек Лагранжа. Ценой увеличения времени перелета удаётся сильно экономить топливо (в основном, при полетах к дальним планетам).
                    В Википедии: Межпланетная транспортная сеть

                    +2
                    Так получилось, что практически каждый день стреляю из АК. Но в силу конструктивных особенностей у меня не вылетает пуля, а пороховые газы отводятся в стороны от оси ствола под прямым углом. При этом отдача по сравнению с боевым практически не уменьшается.
                    Отгадайте, почему.
                      –1
                      А за что минусы? За физические загадки с утра 1 января?
                        +1
                        Типа, не впрягайся — целее будешь? Как вцелом по стране?
                        0
                        Вы, как я полагаю, стреляете холостыми. При стрельбе пулями, отдача затворной рамы компенсируется вылетом пули. При стрельбе холостыми отдача затворной рамы ничем не компенсируется. Отсюда и отдача. Причем, отдача пули больше отдачи затворной рамы.
                          +3
                          Светозвуковыми стреляем.
                          При стрельбе из СХП оружия давление в стволе компенсируется штифтами. В боевом для стрельбы светозвуковыми предусмотрена насадка-компенсатор.
                          В обоих случаях отдача уменьшается не сильно по сравнению с боевым. Ключевая фраза — «не сильно». Я же не сказал, что отдача абсолютно такая же.
                          Суть: масса затворной рамы и прочего железа, которые мотаются туда-сюда, побольше массы пули будет. И автомат дёргает и назад, и вперёд, но удар назад передаётся стрелку в полной мере (через приклад), а вот вперёд — несколько слабее (через руки).
                          И поэтому отдача с пулей и без оной, в каком бы направлении не отводились пороховые газы — при нормальной компенсации давления в стволе, мало различаются. Этот эффект в числе прочих лежит в основе нашей тактической тренировочной системы.
                            0
                            Постойте, а как затворная рама может компенсировать отдачу от пули?
                            Ведь сила от удара затвора направлена ту да же, что и отдача от вылета пули.
                            image
                              +3
                              Полагаю, имеется в виду, что при стрельбе светозвуковыми патронами через открытый ствол пороховые газы гораздо слабее давят на газовый поршень и раму, и импульс оной сообщают гораздо меньший. Что приводит к сбоям автоматического перезаряда и невозможности стрельбы очередями. И, разумеется, заметно меньшей отдаче. Это и подразумевается под «нескомпенсированностью», наверное. Не зря же ДТК — «компенсатор», хе-хе.

                              Для борьбы с этим в боевом оружии и применяется дульный компенсатор. Ну а в СХП ничто не мешает просто навтыкать в ствол штифтов — боевой патрон туда всё равно не зарядить.

                              Так вот, что хотелось сказать-то: отдача по крайней мере в АК — не целиком и полностью заслуга реактивного импульса. Тут всё несколько интереснее.
                              Да, если в открытом космосе два стрелка будут стрелять один боевыми, другой холостыми — стрелок боевыми разгонится быстрее. Но плечи будут отбиты у обоих практически одинаково. Оружие в значительной мере «колбасит» движением тяжёлых запчастей под действием давления пороховых газов. Причём «колбасит» в разные стороны (в основном вперёд и назад), но воспринимаем мы этот «расколбас» асимметрично: одно направление в плечо, другое — через руки, остальные вообще чёрт-те как. И это всё называется «отдача».
                                0
                                Слышал что существуют автоматы со сбалансированной автоматикой. Там вроде тряска автомата от затворной группы компенсируется специальными подвижными балансирами.
                                  0
                                  В космосе холостой патрон будет не так сильно отбивать плечо, т.к. вакуум не мешает истечению газов, что снижает удельный импульс в плечо. С боевым же, такой потери импульса практически не будет.
                                    0
                                    В том-то и дело, что будет. Автомат бьёт в плечо не из-за реактивной струи.
                                    В нашем тренажёре нет реактивной струи, а отдача есть.
                                      0
                                      Реактивная струя в любом случае сама по себе весьма слабая, отдача за счёт того, что затворная рама разгоняется давлением в стволе, а потом передаёт свой импульс в приклад. А давление в стволе у холостых патронов обеспечивается заужением сечения канала ствола, как уже выше писали холостой патрон в обычном АК не взводит оружие. Вот только в вакууме заужения ствола, достаточного для атмосферного выстрела, будет не достаточно, поэтому оружие не будет взводиться, а отдача будет ощущаться слабее. Кстати это применимо и для высокогорной местности — не всякое автоматическое оружие корректно работает на больших высотах.
                                        0
                                        Ах, это… Говоря о космосе, я имел в виду не вакуум, а отсутствие сил, препятствующих реактивному движению. Аналогично можно было бы использовать тележки с идеальными подшипниками на идеальной плоскости или титановые плоты в ртути… ;) Но вы, пожалуй, сами на них лучше плавайте и топите там боеприпасы из обеднённого урана. ;) Мне же ближе полноценный трёхмерный космос для сферических моделей. Я так-то программист…
                                        Но дополнение хорошее.
                                      0
                                      Попробую описать подробно.

                                      Начнём с того, что порох сгорел. Газы давят во всех направлениях, но затвор закрыт и двигаться может только пуля.
                                      Пуля начала движение. Дошла примерно до середины ствола, а дальше газы пошли в камору и в движение пришёл поршень, рама и затвор. А там более полкило железа. Но газам по фигу, куда давить.
                                      Всё это железо поехало на юзера, слегка смягчаемое пружиной. Юзер получил первый тычок в плечо.
                                      А вот пуля и вылетела. Импульс пули добавил чуток к первому тычку и чуть тормознул раму.
                                      Теперь рама доехала до исходного положения, дёрнула автомат вперёд. Но это почувствовали только руки.

                                      А теперь уберите отсюда пулю и летящие вперёд пороховые газы, сохранив давление пороховых газов в стволе (т.е. закроем ствол ДТК или штифтами). Разница будет «чуть». Назад не улетишь, но в плечо долбанёт не хуже боевого.
                                      Как-то так.
                                        +1
                                        Первый тычок в плечо будет в момент начала движения пули по стволу.
                                          0
                                          Это не тычок, а ровная тяга. Пуля относительно плавно разгоняется на всём протяжении полёта по стволу, и она относительно лёгкая. На фоне тычка от прилёта рамы это не очень заметно.
                                            +2
                                            Тогда в какой момент мы получаем синяк на плече от приклада винтовки? Там нет механизма перезарядки.
                                              0
                                              Вес пули 9-13 грамм, вес винтовки 4.5 кг, длина ствола максимум 800 мм
                                              Итого к моменту вылета пули из ствола винтовка сдвинется не более чем на 2.5 мм
                                    0
                                    таки нет. пока пороховые газы толкают затвор назад, придавая ему ускорение — они же толкают с той же силой корпус автомата вперед. компенсируя отдачу от разгона пули.

                                    а удар затвора — он уже потом, после выстрела, когда пуля давно вылетела…
                                  0
                                  При этом отдача по сравнению с боевым практически не уменьшается.

                                  Отдача автомата — не реактивная тяга, равная произведению массы пули на скорость, как посчитано у автора статьи. Эти самые 11 кгс конструкцией автомата распределяются на группу разнонаправленных векторов, чтобы уменьшить собственно отдачу. Т.е. вы «в плечо» в обоих случаях получаете лишь относительно небольшую часть энергии, остальное улетает вбок с газами.
                                  +7
                                  Если у вас на кухне есть пьезоэлектрическая зажигалка, вы можете увидеть, как работает ионный двигатель. Снимите с наконечника зажигалки металлическую защиту, прикрывающую электроды. Поднесите электроды к поверхности воды в чашке и слегка нажимайте на кнопку. Так, чтобы не возник искровый разряд между электродами. Вы увидите небольшие ямки на поверхности воды, возникающие из-за потоков воздуха, идущих от электродов. Разумеется, этот поток идет и без воды, просто на ее поверхности его действие более заметно. Возле положительного электрода (анода) молекулы газов, из которых состоит воздух, теряют электроны (анод «отнимает» электроны у молекул). Образовавшиеся положительные ионы отталкиваются от анода, образуя заметный воздушный поток за счет эжекции соседних нейтральных молекул. Похожий процесс происходит вблизи отрицательного электрода (катода). Только там молекулы приобретая «лишние» электроны, становятся отрицательными ионами и отталкиваются от катода.
                                    +7

                                    Похожего эффекта можно добиться, если подключить источник высокого напряжения к двум иголкам, тогда возникнет коронный разряд. Частицы начнут вылетать с острия, тем самым приводить систему в движение.
                                  0

                                  Всё верно! 1 января пора учиться!))

                                    +3
                                    Отличная статья!
                                    Тут пишут, что добились тяги 5,4Н
                                      –1
                                      Да — но тут приведена картинка, а в этой картинке — кольцевая схема разряда, где гуляет холловский ток. Это схема и размер модуля СПД двигателя М-290, который у нас не пошел в 80-е (не было и нет достаточной энергетики для его работы). В начале 2000-х я случайно на одной из конференций на Украине наблюдал, как европейцы ищут всю доступную информацию по наработкам данного типам двигателей (часть исследовательских работ проводилась в Харькове).
                                      0
                                      Для сравнения можно посмотреть на то, что делает ОКБ Факел в этой области
                                      www.fakel-russia.com/index.php?option=com_content&view=article&id=112&Itemid=164&lang=ru

                                        +1
                                        Возможно, тут есть техническое недопонимание.
                                        Если мы просто создадим разряд в вакууме — большая часть тока будет за счет электронной компоненты, а нам же нужен поток ионов (как тяжелой части)
                                        Если мы делаем электростатическую блокировку паразитного тока электронов через основной разгонный потенциал — получается ионный двигатель.
                                        Если применяем магнитную схему блокировки ( есть несколько близких схем) — получается СПД — то есть то, на чем специализируется ОКБ Факел.
                                        По достигаемым параметрам — эти схемы близки. Если нужно больший удельный импульс — не 2000 сек, а 4000 сек — повышайте напряжение разряда (или вместо ксенона можно взять аргон). Еще в начале 80-х один из СПД двигателей гоняли на ресурс более 20,000 часов.
                                        0
                                        на картинке со схемой казалось бы некорректно написано «электроны ускоряются магнитным полем»
                                          0
                                          А ускоряющую сетку ионы могут со временем истереть?
                                            +2
                                            Могут, только на это нужно очень большое время.
                                              +1
                                              На SERT-II была такая проблема — сетки были сделаны тонкие, из ионизационной камеры вылетают не только ионы, но и нейтральные атомы. Уже на выходе быстрые ионы обмениваются электроном с медленным атомом. Результатом такого действия получается медленный ион, который втягивается обратно потенциалом сетки блокировки электронного тока. Потенциал сетки блокировки — где-то минус 200В, что достаточно для начала ионного распыления
                                                0
                                                не сетки сотрутся, а, скорее, катод потеряет эмиссионную способность (кстати, это большая проблема в вакуумной электронике)
                                                  0
                                                  а, скорее, катод потеряет эмиссионную способность

                                                  а кстати почему?
                                                    0
                                                    Химическая деградация и/или вакуумное испарение активной массы катода (как правило оксидов щелочных металлов).
                                                      0
                                                      спросил потому, что пока видился лишь один сценарий — «отколупывание» оксида во время резкого нагрева катода из за небольшого сопротивления холодного накала
                                                    +1
                                                    Катод не обязан быть активированным. Чистая платина будет излучать электроны тысячу лет, пусть и при больших затратах на накал.
                                                  +4
                                                  Xe не только имеет самый низкий потенциал ионизации, но ещё и самый тяжёлый из благородных газов если не считать радиоактивный радон), что увеличивает импульс.
                                                  А свечение возникает не из-за рекомбинации электронов и ионов, а при релаксации возбужденного состояния атома — если энергия удара электрона по атому не достаточна для ионизации (отрыва электрона от атома и превращения его в ион), то электрон атома переходит в возбужденое состояние, после чего быстро релаксирует, а энергия возбуждения испускается в виде кванта света.
                                                    0
                                                    А живому существу находиться рядом с ионным двигателем опасно? Будет ли термический ожог или лучевая болезнь?
                                                      0
                                                      лучевой не будет точно — там нет рентгенов и прочей а\б\гамма.
                                                      термический — надо посчитать конечно, но сдается мне — тоже нет. не та плотность ывлета, а в атмосфере (единственный случай нахождения рядом чего-то живого) этот поток еще и тормозится будет атмосферой
                                                        +1
                                                        Вообще, как бы это все в вакууме происходит. А во-вторых, ничего не мешает электронам из остаточного газа ускоряться снаружи вовнутрь тем же самым напряжением 50 кВ. Причем электроны будут нести гораздо больший ток, так как они на 3 — 4 порядка легче инов. А это уже хороший ренген.
                                                          0
                                                          Вообще, как бы это все в вакууме происходит.

                                                          тогда что там делает живое существо, сующее туда голые руки?
                                                          ничего не мешает электронам из остаточного газа ускоряться снаружи вовнутрь

                                                          а они там есть, в значимом количестве? откуда?
                                                            0
                                                            1) Не вижу. Где живое существо? Покажите. Вы не смогли бы запустить такую штуку на атмосфере. Такие устройства работают только в вакууме. Уж поверьте.

                                                            2) Википедия говорит, что давление в космическом пространстве от 10^-6 Торр и ниже. Это соответствует плотности частиц порядка 10^10 на см3. А это хоть и мало, но все же прилично. На самом деле в конструкции двигателя есть третий запирающий электрод, который не показан на рисунке. На запирающий электрод обычно подают что-то около — 500 В, чтобы остановить электроны, летящие снаружи.
                                                          –1
                                                          Я не специалист, поэтому задам этот вопрос.

                                                          Если сунуть руку в реактивную струю ИРД, произойдет массовая бомбардировка тканей руки ионами. Атомы в руке начнут распадаться с выделением тех самых а/б/гамма. Получим вместо ДНК кисель и все прелести лучевой болезни. В чем я неправ?
                                                            +1
                                                            Ионный двигатель — это не коллайдер. Ионы ксенона, вылетающие из него, это крупные и низкоэнергетические частицы по сравнению даже с альфа-излучением. У них нет способности проникать в биологические ткани даже сквозь верхний мертвый слой кожи. Поэтому кроме обычного ожога ничего вы там не получите и мутантом не станете.
                                                              0
                                                              Атомы в руке начнут распадаться

                                                              ионы не нейтроны, ничего распадаться не будет.
                                                              0
                                                              Механически кожу не обдерет?
                                                            0
                                                            Спасибо за интересную статью. У меня возник вопрос
                                                            Насколько я помню, формула реактивного движения выводится из 2-го закона Ньютона вот так:



                                                            Здесь m — это масса космического корабля, а v — его скорость. Понятно, что первое слагаемое пренебрежимо мало, так как тяга ИРД очень мала, и скорость корабля меняется крайне слабо. Можно считать, что dv/dt = 0. А вот что у вас со вторым слагаемым? Почему вы подставляете в формулу скорость частиц, а не корабля? Вроде бы, по Иродову должна быть скорость корабля?
                                                              +1
                                                              Потому что в данной формуле m и v относятся к выбрасываемому веществу, а не к кораблю.
                                                                0
                                                                image
                                                                  +1
                                                                  Кажется, эту картинку не может видеть никто кроме вас
                                                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                +2
                                                                Администрация, фрики атакуют!
                                                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                    +2
                                                                    Доказано должно быть наличие, а не отсутствие. То что вы описали — имеет неограниченную власть над материей и энергией, и если оно настолько просто в управлении и уже имеется рабочий прототип(что следует из ваших слов) — значит просто обяаны быть свидетельства его применения как например — непонятно откуда появившиеся горы еды и озера питьевой воды в голодающих регионах Африки. Ну или наоборот — непонять откуда взявшиеся роскошные дворцы из золота и алмазов (в зависимости от степени егоизма владельца сей приблуды). Раз свидетельств нет — нет и самого аппарата. Аргументы вроде «Я видел, просто не каждому дано, люди не готовы» и т.п. не рассматриваются. Я вот тоже могу сказать что я пришелец в планеты Криптон и могу пулять лазерами из глаз.
                                                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                        +3
                                                                        Это Вы невнимательно читали, я не говорил что вы доказываете отсутствие, выдоказываете наличие вот этого самого настольного материализатора. А единственным аргументом в пользу его существования приводите свое «тайное знание» об «истинном» мироустройстве и так называемых «низкоуровневых процессах». Слишком много допущений, не может быть правдой ну никак. В вашу защиту могу сказать что как последователь научного подхода я не отрицаю категорично, просто заявляю о вероятности ваших слов оказаться правдой стремящейся к нулю. Если вам есть что сказать в защиту своей интерпретации мироустройства — приведите аргументы, снимите видео «материализации», приведите выкладки с формулами и расчетами для конкретного случая, чего уж проще если есть настольный прототип. Если вы прав — это поможет всему научному сообществу, если же нет — поможет хотя бы вам пересать верить во всякую чепуйхню.
                                                                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                            +3
                                                                            порой бывает тяжело понять, тролль перед тобой или действительно идиот…
                                                                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                                +1
                                                                                Электрон – это часть энергетического поля в определённой частоте и амплитуде…
                                                                                Они смешивают компот с борщом, а это уже называется по-другому — бурда.

                                                                                Бурда получается, когда произвольным образом смешивают слова из учебника по физике, без понимания, как слова могут комбинироваться, а как не могут. Например, физику понятно, что если скобинировать слова «энергия» и «поле» таким образом: «энергия поля», то получается осмысленное выражение. А если таким образом: «энергетическое поле», то получается бурда, типа «зелёная форма» или «пятиугольная плотность».


                                                                                В этом отличие физиков от фриков — последние могут только безмозгло мимикрировать под учёных, составляя бессмысленные комбинации слов.


                                                                                «Глоссолалия — речь, состоящая из бессмысленных слов и словосочетаний, имеющая некоторые признаки осмысленной речи (темп, ритм, структура слога, относительная частота встречаемости звуков); речь со множеством неологизмов и неправильным построением фраз.»

                                                                                  +1
                                                                                  Тут, скорее, шизофазия.
                                                                          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                            0
                                                                            Тесля, перелогиньтесь.
                                                                          +1
                                                                          Может быть вы из будущего, прибыли к нам в 2018й, чтобы рассказать про УГВК?)
                                                                          0

                                                                          del.

                                                                        +1
                                                                        Схема ионного двигателя из заголовка статьи — эта известная с 60-х американская схема.
                                                                        Она существенно более сложная чем просто разность потенциалов между коробкой-ионизатором и катодом нейтрализаторм — посмотрите на подробные картинки потенциалов разных частей в интернете. Сделано это для того, чтобы не закоротило основную ускоряющую разность потенциалов потоком электронов. Для этого вводится вторая сетка (с потенциалов порядка минус 200 В относительно корпуса). Это блокирует проход и присутствие электронной компоненты между двумя сетками. Но это же и создает проблему — там объемный положительный заряд и нужен избыточно высокий разгонный потенциал, чтобы продавить побольше плотность тока ионов через сетку. Насколько я помню — там была величина на уровне 5 ма/кв.см, так что восторгаться здесь удельным импульсом в 4000 секунд может быть и не стоит. Широко применяемая оптимальная величина в 2 раза меньше.
                                                                        Супер-разрекламированные последние американские достижения. В ней схема построения — совершенно другая — там магнитная отсечка электронной компоненты тока. И делается это в плазменном разряде — то есть нет ограничения на плотности тока из-за объемного заряда. Данная схема массово отрабатывалась у нас с начала 70-х и массово применялась с начала 80-х. С середины 90-х американцы покупали продукцию ОКБ Факел ( и не только американцы). Оттуда и получили эту схему (там есть некоторые ноу-хау для получения экстремально большого ресурса, который не наблюдался в их исходных ионных двигателях)
                                                                          0
                                                                          У «Факела» уже не ионные, а плазменные двигатели, вроде?
                                                                            +1
                                                                            Если отвечать по существу физики.
                                                                            Мы тратим какую-то энергию на ионизацию и после этого разность потенциалов ускоряет ионы. В этом плане обе схемы совпадают (… хотя там существенная разница по плотности тока ионов, да и схемы общей реализации).
                                                                            Исторически же наш вариант.
                                                                            Это где-то в конце 60-х годов руководство ОКБ Факел искало свою область деятельности. И кто-то подтолкнул их попытаться применить инжекторы (ускорители) плазмы для токамаков в качестве космических двигателей. Попытка получилась очень удачной. Если в классическом американском варианте — SERT-II — был полный геморрой: в качестве рабочего тела они применили ртуть — вначале — это выглядело очень круто, но ртуть осела на солнечные батареи и стала отражать свет, из-за объемного заряда необходимо иметь очень малый зазор между сетками, сделанными из тонкой фольги, а обратные ионы эродировали эти сетки. Как результат получилось КЗ.
                                                                            Наша же схема получалась очень «дубовой» и легко работала многие десяти тысяч часов. И это в начале 80-х.
                                                                            Сейчас же похоже американцы объявили это своим достижением и назвали своим ионным двигателем.
                                                                          0
                                                                          всегда интересовал вопрос… а на больших скоростях там же какие-то эффекты начнут появляться… насколько рано?
                                                                            0
                                                                            А что на счет EMDrive? Пока мы так и не знаем, что именно он выбрасывает, если выбрасывает.
                                                                              0
                                                                              In December 2016, Yue Chen told a reporter at China's Science and Technology Daily that his team was testing an EmDrive in orbit, and that they had been funding research in the area for five years. Chen noted that their prototype's thrust was at the «micronewton to millinewton level», which would have to be scaled up to at least 100–1000 millinewtons for a chance of conclusive experimental results. (вики)
                                                                              ВЛАСТИ СКРЫВАЮТ!!11расрас
                                                                                0
                                                                                Когда-то делал оценку. Чтобы развивать такую же тягу как и ионный двигатель (для оценки взял порядка 1 мН), EmDrive должен бы был потреблять порядка 100 кВт электроэнергии. Оценка делалась по импульсу, уносимому фотонами (микроволновой диапазон).

                                                                                Может быть на земле он и работает, когда его запитывают силовым кабелем от электростанции. Но вот в космосе, где вы возьмете источник на 100 кВт?
                                                                                  0
                                                                                  В том-то и дело, что EmDrive даёт тягу на три порядка большую, чем если бы он излучал фотоны.
                                                                                  Ну и 100 кВт — не такая уж и большая мощность, всего лишь батарею 20*20 м надо.
                                                                                    –1
                                                                                    А как это получается?
                                                                                      0
                                                                                      Видимо как-то так:
                                                                                      400 кв.метров солнечной батареи.
                                                                                      1367 Вт/м² — солнечная постоянная.
                                                                                      КПД батареи около 25%.
                                                                                      Получается примерно 100 кВт.
                                                                                        0
                                                                                        Это называется солнечный парус, а не EmDrive. И что будет, если аппарат далеко от солнца? Солнечная постоянная, она ведь около Земли «постоянная», а так-то она вовсе не постоянная.
                                                                                          +1
                                                                                          Это было к тому как с батареи 20х20 получается 100 кВт.
                                                                                          Если Ваш вопрос «А как это получается?» относился к тяге EmDrive, то понятия не имею как это получается.
                                                                                          И как сюда солнечный парус попал тоже.
                                                                                            0
                                                                                            Реактор-преобразователь «Енисей» предназначался для работы в составе спутника непосредственного телевизионного вещания «Экран-АМ», но этот проект был закрыт. Изделие представляло собой реактор, в активной зоне которого находились не традиционные тепловыделяющие элементы, а интегральные электрогенерирующие каналы. Они представляли из себя «таблетки» диоксида урана, обогащённого до 96 %, катод, анод, цезиевый канал и всю остальную «обвязку». Тепловая мощность «Енисея» была порядка 115—135 кВт, электрическая — порядка 4,5—5,5 кВт. Теплоносителем являлся натрий-калиевый расплав.
                                                                                            — 20 штук по 5 квт.

                                                                                            или вот
                                                                                            geektimes.ru/post/289221
                                                                                          0
                                                                                          Что получается, тяга EmDrive? Нам всем это хотелось бы знать. В худшем случае — ошибка при проведении эксперимента.
                                                                                            0
                                                                                            Выходит, что так. Я по образованию физик. И я не знаю, какой физический закон или явление позволило бы получить столь сильную тягу. Возможно, я чего-то просто не знаю. А возможно, исследователи EmDrive просто создают научные «сенсации» ради денег. Фальсифицируют результаты. Ведь для большинства спонсоров совершенно неочевидно, правда это или вымысел. Есть один косвенный признак, по которому можно судить. Обычно, если это что-то стоящее, то Google это покупает/развивает/инвестирует. У Google есть свои толковые физики, которые разбираются, во что нужно вкладывать, а что пустышка.
                                                                                            0
                                                                                            Про EmDrive — весь мир башку чешет.
                                                                                            То-ли какая-то особенность эксперимента, то-ли в самом деле что-то открыли.
                                                                                            Но физические законы в любом случае не нарушены.
                                                                                          0
                                                                                          Нет-нет, тут все не так просто. Дело не в энергоэффективности EmDrive (она не блещет), и тем более не в абсолютных величинах тяги (тут до химических двигателей всем далеким-далеко).

                                                                                          Дело в том, что если EmDrive работает, то он дает эту тягу без потребности в рабочем теле. Условно говоря, он дает ее вечно, пока у него есть эти 100кВт. А имея даже минимальное ускорение в большом промежутке времени (месяцы, годы) можно достичь огромных скоростей. Ионник, безусловно, вырвется вперед на старте, но на расстояниях даже на уровне внешних планет солнечной системы, не говоря о межзвездных, неизбежно проиграет — столько топлива не увезти.

                                                                                          Где взять 100кВт, в целом, понятно — ядерный реактор мегаваттного класса в космическом исполнении возможен, и его сделают, как только появится потребность. ТЭМ, например, проектируется под мегаватт.
                                                                                            0
                                                                                            Собственно, уже у современных телекоммуникационных спутников площадь батарей более 100м2

                                                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                      Самое читаемое