Reise i verdensrommet tar nye steg med Ion-motorer.

[b-real]

 

asdasdasd

The European Space Agency and the Australian National University have successfully tested a new design of spacecraft ion engine that dramatically improves performance over present thrusters and marks a major step forward in space propulsion capability.

 

Ion engines are a form of electric propulsion and work by accelerating a beam of positively charged particles (or ions) away from the spacecraft using an electric field. ESA is currently using electric propulsion on its Moon mission, SMART-1. The new engine is over ten times more fuel efficient than the one used on SMART-1. "Using a similar amount of propellant as SMART-1, with the right power supply, a future spacecraft using our new engine design wouldn't just reach the Moon, it would be able to leave the Solar System entirely," says Dr Roger Walker of ESA's Advanced Concepts Team, Research Fellow in Advanced Propulsion and Technical Manager of the project.

 

The new experimental engine, called the Dual-Stage 4-Grid (DS4G) ion thruster, was designed and built under a contract with ESA in the extremely short time of four months by a dedicated team at the Australian National University. "The success of the DS4G prototype shows what can be achieved with the passion and drive of a capable and committed team. It was an incredible experience to work with ESA to transform such an elegant idea into a record-breaking reality", says Dr. Orson Sutherland, the engine's designer and head of the development team at the ANU. During November 2005, the DS4G engine was tested for the first time in ESA's Electric Propulsion Laboratory at ESTEC in the Netherlands, with support from Dr Sutherland and ESA test engineers.

 

Traditional ion engines use three closely separated perforated grids containing thousands of millimetre-sized holes attached to a chamber containing a reservoir of the charged particles. The first grid has thousands of volts applied, and the second grid operates at low voltage. The voltage difference over the gap between the two grids creates an electric field that acts to simultaneously extract and accelerate the ions out of the chamber and into space in a single step. The higher the voltage difference, the faster the ions are expelled and the greater the fuel efficiency of the thruster. However, at higher voltage differences approaching five thousand volts (5kV), some of the ions collide with the second grid as they are accelerated, thus eroding and damaging the grid and thereby limiting its lifetime in space.

 

The DS4G ion engine utilises a different concept first proposed in 2001 by David Fearn, a pioneer of ion propulsion in the UK, which solves this limitation by performing a two-stage process to decouple the extraction and acceleration of ions using four grids. In the first stage, the first two grids are closely spaced and both are operated at very high voltage and a low voltage difference between the two (3 kV) enables the ions to be safely extracted from the chamber without hitting the grids. Then, in the second stage, two more grids are positioned at a greater distance 'downstream' and operated at low voltages. The high voltage difference between the two pairs of grids powerfully accelerates the extracted ions.

 

The test model achieved voltage differences as high as 30kV and produced an ion exhaust plume that travelled at 210,000 m/s, over four times faster than state-of-the-art ion engine designs achieve. This makes it four times more fuel efficient, and also enables an engine design which is many times more compact than present thrusters, allowing the design to be scaled up in size to operate at high power and thrust. Due to the very high acceleration, the ion exhaust plume was very narrow, diverging by only 3 degrees, which is five times narrower than present systems. This reduces the fuel needed to correct the orientation of spacecraft from small uncertainties in the thrust direction.

 

There is of course still a great deal of work to be done before the new engine design can fly in space. "Working with our industrial partners, the next challenge is to transition this promising new engine design from laboratory experiment to spacecraft flight model and properly define the new missions that it will enable", says José Gonzalez del Amo, Head of Electric Propulsion at ESA. The flight-suitable engines must then be tested: and for ion engines this is a long process.

 

Since they must operate continuously in space for tens of thousands of hours providing a small thrust, ground tests in a vacuum facility must last several thousand hours to prove their reliability. Only after all this could the first flight models be launched.

 

Once ready, these engines will be able to propel spacecraft to the outermost planets, the newly discovered planetoids beyond Pluto and even further, into the unknown realm of interstellar space beyond the Solar System. Closer to home, these supercharged ion engines could figure prominently in the human exploration of space. With an adequate supply of electrical power, a small cluster of larger, high power versions of the new engine design would provide enough thrust to propel a crewed spacecraft to Mars and back.

 

"This is an ultra-ion engine. It has exceeded the current crop by many times and opens up a whole new frontier of exploration possibilities," says Dr Walker.

 

Source: physorg.com

 

For de som er enda mer nerdete og vil ha enda mer info så kan dere se her.

[head_hunter]

Snart kommer vell ion cannon (Command and concur)

[ChrML]

Gleder meg til de prøver dette i større skala i verdensrommet . Virker som det er et stort potensiale i Ion- motorer!

[Rescue me]

Spennende. Hvordan ville den fungert på et jagerfly egentlig ?

[Gjest Slettet-8fx0y6VV]

Vil nok ikke fungere på et jagerfly etter som at gravitasjonen og vindmotstanden her på jorden er alt for stor. Om jeg har skjønt det rett er denne motoren kun egnet for bruk i verdensrommet.

[Wubble]

Er ikke det sånn at den bruker lang tid på å askelerere, men kan kjøre på utrolig lenge?

[Lefse]

Ikke lenge til de kan begynne å bygge første generasjon USS Enterprise nå eller?

[StormEagle]

slike motorer lager latterlig lite thrust (tror det var noe lignende hvis du hadde dyttet på rommfergen med et A4 papirark) så det er ikke så sannsynelig at den er veldig nyttig til "stjernereising" (det vil ta allt for lang tid å aksellerere opp i hastighet)

 

Den eneste fordelen med en slik motor er vel at den bruker veldig lite drivstoff.

[Kahuna]

Det er drivstofføkonomi som er den store greia med ion-motorer. Du får latterlig liten skyvkraft men hvis du skal langt, eller reise lenge så er dette helt suverent.

[ukjentbrukergitt]

har ikke helt fått med meg hvordan den funker altså.

men uasnett, hvilken rolle spiller det om den kan funke veldig lenge? man trenger jo bare ett spark slik at man får seg i fart, etter det holder man jo den farten.

[Lefse]

De kunne ikke modifisert ionemotorene, så de kan bruke tyngre partikler da?

[StormEagle]

har ikke helt fått med meg hvordan den funker altså.

men uasnett, hvilken rolle spiller det om den kan funke veldig lenge? man trenger jo bare ett spark slik at man får seg i fart, etter det holder man jo den farten.

 

Et "spark" for å få deg opp i tillnærmet lyshastighet ville vært veldig "hardt".

Mennesker tåler ikke høye G-krefter så godt, så man kan ikke ha en konstant akselleresjon på mer enn ca 3-4G. Og det også ville blitt ganske ubehagelig hvis det hadde vart noe særlig lenge (og det måtte ha vart lenge for å komme opp i lyshastigheten)

 

med tradisjonelle rakettmotorer kan man lett gi nokk thrust til å ha ca 3-4G aksellerasjon, men de bruker opp drivstoffet veldig fort (innen de har brukt opp drivstoffet har de bare kommet opp i noen tusen km/t og det holder ikke akkurat til lengere reiser (lengere enn til månen)). Og tradisjonelle rakettmotorer er også begrenset til en topphastighet som er lik den hastiggheten partikklene blir slynget bakeover (bare noen tusen km/t)

Derfor satser man heller på motorer som bruker lite drivstoff og har stor partikkelhastighet (får større sluttfart), men ulempen med disse (ionemotorer) er at det tar ekstremt lang tid å komme opp i fart pga liten thrust.

 

De kunne ikke modifisert ionemotorene, så de kan bruke tyngre partikler da?

 

Det er sikkert ikke noen som har tenkt på det

Endret 25. februar 2009 av flesvik

[Mads-b]

Og tradisjonelle rakettmotorer er også begrenset til en topphastighet som er lik den hastiggheten partikklene blir slynget bakeover (bare noen tusen km/t)

Dette stemmer ikke med det tradisjonelle bildet jeg har på fysikk. I rommet finnes kun relativ hastighet, og vi kan derfor si at romfergen står i ro, og partiklene beveger seg kjapt fra fartøyet. Med tanke på newtons tredje lov er det vel strengt tatt revnende likegyldig hvor fort partiklene beveger seg, så lenge de beveger seg i riktig retning? Slikt sett vil også det å kaste en stein bak romskipet monne (dog lite) selv om skipet beveger seg mye fortere enn du klarer å kaste steinen..?

[kyrsjo]

har ikke helt fått med meg hvordan den funker altså.

men uasnett, hvilken rolle spiller det om den kan funke veldig lenge? man trenger jo bare ett spark slik at man får seg i fart, etter det holder man jo den farten.

 

Et "spark" for å få deg opp i tillnærmet lyshastighet ville vært veldig "hardt".

Mennesker tåler ikke høye G-krefter så godt, så man kan ikke ha en konstant akselleresjon på mer enn ca 3-4G. Og det også ville blitt ganske ubehagelig hvis det hadde vart noe særlig lenge (og det måtte ha vart lenge for å komme opp i lyshastigheten)

 

med tradisjonelle rakettmotorer kan man lett gi nokk thrust til å ha ca 3-4G aksellerasjon, men de bruker opp drivstoffet veldig fort (innen de har brukt opp drivstoffet har de bare kommet opp i noen tusen km/t og det holder ikke akkurat til lengere reiser (lengere enn til månen)). Og tradisjonelle rakettmotorer er også begrenset til en topphastighet som er lik den hastiggheten partikklene blir slynget bakeover (bare noen tusen km/t)

Derfor satser man heller på motorer som bruker lite drivstoff og har stor partikkelhastighet (får større sluttfart), men ulempen med disse (ionemotorer) er at det tar ekstremt lang tid å komme opp i fart pga liten thrust.

 

De kunne ikke modifisert ionemotorene, så de kan bruke tyngre partikler da?

 

Det er sikkert ikke noen som har tenkt på det

 

Antagelig ville det erodert bort deler av motoren ganske kjapt. Og det ville vært vanskeligere å få opp i fart, like enkelt å bruke dobbelt så mange halvparten så tunge partikler.

 

Poenget med en ionemotor er at utgangshastigheten er så sinnsvakt mye større enn en kjemisk motor, så den kan ta deg opp i en langt større hastighet med en brøkdel av vekta (eller en sinnsvakt mye større hastighet med samme vekta...)

 

Og tradisjonelle rakettmotorer er også begrenset til en topphastighet som er lik den hastiggheten partikklene blir slynget bakeover (bare noen tusen km/t)

Dette stemmer ikke med det tradisjonelle bildet jeg har på fysikk. I rommet finnes kun relativ hastighet, og vi kan derfor si at romfergen står i ro, og partiklene beveger seg kjapt fra fartøyet. Med tanke på newtons tredje lov er det vel strengt tatt revnende likegyldig hvor fort partiklene beveger seg, så lenge de beveger seg i riktig retning? Slikt sett vil også det å kaste en stein bak romskipet monne (dog lite) selv om skipet beveger seg mye fortere enn du klarer å kaste steinen..?