Et elektrisk fremdriftssystem for romjet bruker elektrisk energi til å endre hastigheten til et romfartøy . De fleste av disse romjetsystemene bruker elektromagnetiske felt for å drive ut drivmiddel (reaksjonsmasse) i høy hastighet. Elektrodynamiske strenger, [ 1 ] et annet eksempel på elektrisk fremdrift, samhandler med en planets magnetfelt . Vanligvis gir elektriske boostere en lengre skyvekraft per enhet masse drivmiddel enn kjemiske raketter . Sammenlignet med kjemiske raketter har elektriske rakettfremdriftssystemer lavere skyvekraft på grunn av begrensninger i mengden elektrisk kraft tilgjengelig; men elektrisk fremdrift kan gi litt skyv over lengre tid. [ 2 ] Russiske satellitter har brukt elektrisk tilbakedrift i flere tiår. [ 3 ] Bruken av denne typen fremdriftssystem i vestlige satellitter (som bruker det til å opprettholde sine nord-sør- baneposisjoner eller for å løfte sine baner) er nyere.
Elektrisk fremdrift er nå en moden og mye brukt teknologi i romfartøy. Russiske satellitter har brukt elektrisk fremdrift i flere tiår [ 4 ] og det er anslått at innen 2020 vil halvparten av alle nye satellitter ha full elektrisk fremdrift. [ 5 ] Fra og med 2013 bruker over 200 romfartøy operert i hele solsystemet elektrisk fremdrift for stasjonshold, baneheving eller primær fremdrift. [ 6 ] I fremtiden vil mer avanserte elektriske thrustere kunne gi en Delta-v på 100 km/s, som er nok til å ta et romfartøy til de ytre planetene i solsystemet (med kjernekraft), men det er utilstrekkelig for interstellar interaksjon Reise. [ 7 ] [ 8 ] I tillegg har en elektrorakett med ekstern strømkilde (som kan overføres via lasere i solcellepaneler) en teoretisk mulighet for interstellar flyvning. [ 9 ] [ 10 ] Elektrisk fremdrift er imidlertid ikke en egnet metode for oppskytinger fra jordoverflaten, da skyvekraften for slike systemer er for svak.
Ideen om elektrisk fremdrift for romfartøy går tilbake til 1911, introdusert i en publikasjon av Konstantin Tsiolkovsky. Tidligere hadde Robert Goddard notert en slik mulighet i sin personlige notatbok.
Den første elektriske fremdriften designet og testet i verden var i 1929-1931 i Leningrad. Allerede i 1950, på initiativ fra SP Korolev, vedtok IV Kurchatov og LA Artsimovich et program for forskning og utvikling av forskjellige elektriske rakettmotorer.
Elektrisk fremdrift med en atomreaktor ble vurdert av Dr. Tony Martin for Daedalus interstellar-prosjektet i 1973, men den nye tilnærmingen ble avvist på grunn av den svært lave skyvekraften, tungt utstyr som trengs for å konvertere kjernekraft til elektrisitet, og som et resultat en liten Akselerasjon, som ville ta et århundre å nå ønsket hastighet.
Den elektriske fremdriftsdemonstrasjonen ble utført med en ionemotor båret om bord i romfartøyet SERT-1 (Space Rocket Test), skutt opp 20. juli 1964 og opererte i 31 minutter. Et oppfølgingsoppdrag lansert 3. februar 1970, SERT-2, utførte to ione-thrustere, en i mer enn fem måneder og den andre i nesten tre måneder.
I begynnelsen av 2010 tilbød mange satellittprodusenter elektriske fremdriftsalternativer på satellittene deres - for det meste for holdningskontroll i bane - mens noen satellittoperatører for kommersiell kommunikasjon begynte å bruke dem for geosynkron baneinnsetting i stedet for tradisjonelle kjemiske rakettmotorer.
Denne typen jetmotorer av raketttypen bruker elektrisk energi for å oppnå skyvekraft fra drivmidlet som fraktes med kjøretøyet. I motsetning til rakettmotorer har ikke disse motortypene nødvendigvis rakettdyser, og mange typer regnes derfor ikke som sanne raketter.
Elektriske fremdriftspropeller for romfartøy kan grupperes i tre familier basert på typen kraft som brukes til å akselerere ionene fra plasmaet:
ElektrostatiskHvis akselerasjonen hovedsakelig er forårsaket av Coulomb-kraften (dvs. påføring av et statisk elektrisk felt i akselerasjonsretningen) anses enheten som elektrostatisk.
Den elektrotermiske kategorien grupperer enheter der elektromagnetiske felt brukes til å generere et plasma for å øke temperaturen på bulkdrivstoffet. Den termiske energien som gis til drivgassen, omdannes deretter til kinetisk energi ved hjelp av en dyse av fast materiale eller magnetiske felt. Gasser med lav molekylvekt (f.eks. hydrogen, helium, ammoniakk) er foretrukne drivmidler for denne typen system.
En elektrotermisk motor bruker en dyse til å konvertere varmen fra en gass til den lineære bevegelsen til molekylene, noe som gjør den til en ekte rakett, selv om energien som produserer varmen kommer fra en ekstern kilde.
Ytelsen til elektrotermiske systemer når det gjelder spesifikk impuls (Isp) er noe beskjeden (500 til ~1000 sekunder), men overgår ytelsen til kaldgassforsterkere, monopropellantraketter og til og med de fleste bipropellantraketter. I USSR ble elektrotermiske motorer brukt fra 1971; Den sovjetiske serien "Meteor-3", "Meteor-Priroda", "Resurs-O" og den russiske satellitten "Elektro" er utstyrt med dem. Aerojets elektrotermiske systemer (MR-510) brukes for tiden på Lockheed Martin A2100-satellittene som bruker hydrazin som drivmiddel.
Hvis ionene akselereres av Lorentz-kraften eller av effekten av et elektromagnetisk felt der det elektriske feltet ikke er i akselerasjonsretningen, anses enheten som elektromagnetisk.
Fotondriften driver ikke ut materie for reaksjonsdriften, bare fotoner. Se Laser Propulsion, Photon Laser Thruster, Photon Rocket
Elektrodynamisk stroppElektrodynamiske strenger er lange ledende kabler, for eksempel en utplassert fra en strengsatellitt, som kan fungere på elektromagnetiske prinsipper som generatorer, konvertere deres kinetiske energi til elektrisk energi, eller som motorer, konvertere elektrisk energi til kinetisk energi. Elektrisk potensial genereres over en ledende streng ved dens bevegelse gjennom jordens magnetfelt. Valget av metallisk leder som skal brukes i en elektrodynamisk tjor bestemmes av en rekke faktorer. Primære faktorer inkluderer vanligvis høy elektrisk ledningsevne og lav tetthet. Sekundære faktorer, avhengig av applikasjonen, inkluderer kostnad, styrke og smeltepunkt.
UkonvensjoneltVirkningsprinsippet til disse teoretiske enhetene er ikke godt forklart av fysiske lover som for tiden er forstått.
Elektriske fremdriftssystemer kan også karakteriseres som stabile (kontinuerlig brenning i en foreskrevet varighet) eller ustabile (pulsede utladninger bygges opp til en ønsket puls). Disse karakterene er imidlertid ikke unike for elektriske fremdriftssystemer og kan brukes på alle typer fremdriftsmotorer.
Elektrisk drevne rakettmotorer gir lavere skyvekraft sammenlignet med kjemiske raketter med flere størrelsesordener på grunn av den begrensede elektriske kraften som er mulig å gi i et romfartøy. [3] En kjemisk rakett gir energi til forbrenningsproduktene direkte, mens et elektrisk system krever flere trinn. Den høye hastigheten og den lavere forbrukte reaksjonsmassen for samme skyvekraft gjør imidlertid at elektriske raketter kan fungere i lang tid. Dette skiller seg fra typiske kjemiske fremdriftsromfartøyer, hvor motorene kun går i korte tidsintervaller, mens romfartøyet stort sett følger en treghetsbane. Når den er nær en planet, kan ikke fremdrift med lav fremdrift kompensere for planetens gravitasjonskraft. En elektrisk rakettmotor kan ikke gi nok skyvekraft til å løfte kjøretøyet fra overflaten av en planet, men lav skyvekraft påført over et langt intervall kan tillate et romfartøy å manøvrere nær en planet.