Jonu dzinējs

Jonu dzinējs ir reaktīvā raķešdzinēja veids, kurā par darbvielu izmanto jonizētu gāzi (tipiski ksenonu, argonu, slāpekli, amonjaku, cēziju, indiju u.c.), kas paātrināta elektriskajā vai elektromagnētiskajā laukā. Zemās jaudas dēļ jonu dzinējs nav izmantojams kosmosa kuģa palaišanai no Zemes, taču atklātā kosmosā ilgākā laikā ļauj sasniegt daudz lielāku ātruma izmaiņu nekā ķīmiskais dzinējs.

Attēlā parādīta jonu dzinēja darbības shēma (angļu valodā)

Darbības principi

Analoģiski ķīmiskajiem raķešdzinējiem, pēc impulsa nezūdamības likuma, jonu dzinējs kosmosa kuģim piešķir tādu pašu impulsu, kādu no tā izejošajai gāzei, tikai pretējā virzienā, savukārt, impulss ir masas un ātruma reizinājums. Ķīmiskie raķešdzinēji praktiski spēj sasniegt aptuveni 2 — 4,5 km/s lielu izejošās gāzes ātrumu (relatīvi pret kosmosa kuģi), kuru limitē izmantotās degvielas atbrīvotā siltuma daudzums. Viena no metodēm, kā palielināt izejošās plūsmas ātrumu (tādejādi samazinot nepieciešamo darbvielas masu), ir pievadīt papildu enerģiju, izmantojot elektromagnētisko lauku. Tā kā darbviela sākumā ir elektriski neitrāla, lai uz to iedarbotos ar elektromagnētisko lauku, to vispirms nepieciešams jonizēt.

Biežākās gāzes jonizācijas metodes:

• iedarbojoties uz gāzi ar mikroviļņiem,
• apstarojot ar brīviem elektroniem (katodstari),
• termiskā jonizācija,
• beta sabrukšana.

Pēc veida, kā jonizētā gāze tiek paātrināta, jonu dzinējus iedala:

• Elektrostatiskie — darbojas, izmantojot Kulona spēku.
• Elektromagnētiskie (magnetoplazmas, ja darba gāze lādēta pozitīvi) — darbojas, izmantojot Lorenca spēku.

Palielinot izejošās plūsmas ātrumu, impulss pieaug lineāri un kinētiskā enerģija — kvadrātiski. Pēc enerģijas nezūdamības likuma (pieņemot vienādus lietderības koeficientus), arī nepieciešamā elektriskā enerģija pieaug kvadrātiski. Tipiski par enerģijas avotiem lieto saules baterijas vai beta reaktorus, kas, pietiekami ilgi darbojoties, relatīvi pret savu masu sniedz vairāk enerģijas nekā ekvivalentas masas ķīmiskā degviela sadegot. Tā kā šie enerģijas avoti parasti ir ar visai zemu jaudu, tie nespēj darbināt tādus jonu dzinējus, kas hipotētiski spētu no Zemes virsmas pacelt savu pašmasu, kā rezultātā tik jaudīgi jonu dzinēji pagaidām neeksistē. Jonu dzinējus lieto ilglaicīgiem manevriem atklātā kosmosā, kur relatīvi mazā jauda ir pilnīgi pietiekama.

Jonizētai gāzei parasti ir ļoti augsta temperatūra, kas rada nelieterīgo darbu galvenokārt siltuma zudumu formā, tāpēc jonu dzinējiem parasti ir nepieciešama aktīva papildus dzesēšana. Tā kā jonu dzinējus lieto kosmosā, praktiski nav iespējams atdot siltumu videi, savukārt iztvaikojoša dzesētāja izmantošana likvidē jonu dzinēja sniegto masas ietaupījumu, tāpēc praktiski tiek lietoti infrasarkanie radiatori.

Ārējās saites

• Vikikrātuvē par šo tēmu ir pieejami multivides faili. Skatīt: Jonu dzinējs.

• Zinātniskās fantastikas enciklopēdijas raksts (angliski)