Как работает самый эффективный двигатель в мире? [Fraser Cain]

Вот он, мой факс. У меня часто спрашивают, почему ракеты до сих пор летают на химическом топливе. Мол, только и можем, что прожигать водород и керосин. К счастью, из фантастики к нам приходит новый вид ракетных двигателей, который способен с помощью электромагнитного поля непрерывно разгонять космический аппарат в течение целых месяцев. Разумеется, я говорю об ионных двигателях. Этот экзотический тип ускорителя уже не один раз успешно применялся в миссиях по изучению солнечной системы.

Конечно, химические ракеты могут показаться примитивными. Берем тонны жидкого или твердого топлива, поджигаем его с помощью окислителя, и мощный взрыв толкает ракету навстречу звездам. Привет, третий закон Ньютона! Свою задачу они выполняют: струя газа дает ракете достаточное ускорение для выхода в космос. Двигатель может работать так же и в безвоздушном пространстве, так как ракеты несут на борту окислитель.

Эвенков, бы, преимущество этих ракет в том, что они могут вырабатывать огромное количество энергии за короткое время. То, что нужно, чтобы поднимать в космос тонны груза. Но этот способ жутко неэффективен. Чтобы отправить на орбиту Falcon Heavy весом в 550 тонн, нужно аж 400 тонн топливной смеси. Двигатели первой ступени сжигают топливо за 162 секунды, двигатели второй ступени — за 397 секунд. Вместе это всего лишь девять с половиной минут.

Хотите совершить маневр или на пару недель включить ускорение? Не выйдет, баг уже пустой в Q. Конечно, эти недостатки заставили ученых задуматься об альтернативном источнике тяги, особенно в открытом космосе. И пока что самой удачной попыткой остается ионный двигатель. У него важнейшая характеристика работы ракетного двигателя — скорость выброса.

Пропелленты, то есть, самый эффективный химический двигатель выдает 5 километров в секунду, тогда как ионы могут выбрасывать отдельные атомы со скоростью 90 километров в секунду. Весь такой показатель дает аппарату более эффективное ускорение. Лучшие химические двигатели дают КПД 35 процентов, тогда как ионы — все 90.

Но как работает ионный двигатель? Глядя на его устройство, невольно думаешь о научной фантастике. Вместо горячих газов ионные ускорители выбрасывают ионы — положительно или отрицательно заряженные атомы или молекулы, потерявшие или получившие...