Ioonenjin
'n Ioonenjin (of ioniese aandrywer) is een van vele tipes ruimtetuig aandrywers. Dit gebruik ioonstrale om 'n aandrywings krag te veroorsaak. Die presiese metode waarop ioone versnel word kan verskil van ontwerp tot ontwerp, maar alle ontwerpe maak staat op die lading/massa verhouding van ioone om hulle tot baie hoë snelhede te versnel met die gebruik van 'n hoë-spanning elektriese veld. Ioonenjins kan om hierdie rede 'n baie hoë spesifieke impuls bereik, wat die hoeveelheid benodigde reaksie massa verminder maar die hoeveelheid benodigde krag vermeerder in vergelyking met chemiese vuurpyle. Ioonenjins kan tien keer beter aandryfstof effektiwiteit as tradisionele vloeistof brandstof vuurpyl enjins bied, maar is bedwing tot baie lae versnellings deur die krag/gewig verhouding van beskikbare kragstelsels. Kragvlakke wat deur die ioonenjins gebied word is maar op die skaal van 50mN.
Die eerste ioonenjins, bekend as kaufman-tipe ioonenjins, was ontwikkel deur Harold R. Kaufman wat in die 1960's vir NASA gewerk het en was gebaseer op die Duoplasmatron.
Tipes ioonenjins
Daar is talle tipes ioonenjins tans in ontwikkeling; sommige word tans gebruik, wyl ander nog nie op ruimtetuie geïnstalleer was nie. Sommige van dié ioonenjins sluit in:
- Elektrostatiese ioonenjins.
- Field Emission Electric Propulsion.
- Hall-effek aandrywers.
- Helicon dubbellaag aandrywer.
- Elektrodelose plasma aandrywer.
- Pulsed inductive thruster.
- Magnetoplasmadinamiese aandrywer.
Basiese Ontwerp
In elektrostatiese ioonenjins word onreaktiewe elemente soos argon, kwik of xenon geïoniseer deur hulle te bombardeer met elektrone wat deur 'n katode filament uitgestraal word. In sommige ander ontwerpe word die onreaktiewe elemente op ander maniere geïoniseer, soos bv. deur mikrogolwe. Die katione word dan versnel deur 'n hoëspanning elektriese veld met 'n katode rooster wat stroomaf geleë, die katione versnel dan deur die gapings in die rooster waarna hul hoë momentum hul toelaat om die katode se aantrekking te ontsnap en in 'n stroom die enjin verlaat. Die elektrone wat vroeër van die katodes verwyder was word dan stroomaf van die katode-rooster in die katioon-stroom gesprooi, dit laat dan die enjin neutraal.
As gevolg van die versnelling van die massiewe ione word 'n reaksie-krag gegenereer wat die enijin dan voerntoe laat versnel.
Voordele
- Die belangrikste voordeel van ioonenjins is hul lae aandryfstof gebruik. Dit is as gevolg van die hoë lading/massa verhouding van die atome wat die aandryfstof opmaak. Dié verhouding beteken dat die katione teen baie hoë snelhede deur die katode-rooster by die enjin uitgestraal word, daarom is die katione se momentum so hoog dat min ione nodig is om die ruimtetuig ver te neem.
- Alhoewel die lae kragvlakke van die enjin oor die algemeen as 'n nadeel beskou word hou dit wel ook 'n voordeel in. Die klein kragte wat deur die enjin gebied word is perfek vir die presiese veranderinge wat nodig is om satelliete in hul wentelbane te hou.
Nadele
 |
Wikimedia Commons bevat media in verband met Ioniese aandrywing. |
- Die hoë effektiwiteit van die enjins laat dit toe om baie langer afstande, goedkoper af te lê as tradisionele vuurpyle.
- Die lae kragvlakke wat ioonenjins bied beperk die afstand wat ruimtetuie, berus met ioonenjins, prakties kan aflê ten spyte van die uiters hoë effektiwiteit wat dit andersins sou toe laat om baie lang afstande af te lê. Die lae kragvlakke maak dit ook onmooontlik vir ioonenjins om ruimtetuie te lanseer, daar sal dus steeds op duurder en onveiliger vuurpyle staatgemaak word vir lanserings.