PROPULSIONE IONICA

 

PROPULSORE IONICO ELETTROSTATICO

E’ un modello di propulsore ionico (un tipo di propulsione spaziale altamente efficiente con poca spinta funzionante con energia elettrica). Questi modelli usano elettrodi ad alto voltaggio per accelerare gli ioni con forze elettrostatiche. Una variante del duoplasmatron, furono inizialmente sviluppati da Harold R. Kaufman alla NASA nei primi anni sessanta, ma furono raramente usati fino ai tardi anni novanta. La NASA ha prodotto propulsori ionici usabili, in particolare il motore NSTAR che è stato usato con successo sulla sonda Deep Space 1. La Hughes Aircraft Company ha sviluppato lo XIPS (Xenon Ion Propulsion System) per eseguire operazioni di mantenimento orbitale sui satelliti geosincroni. La NASA sta attualmente lavorando su un propulsore ionico elettrostatico di 20-50 kW chiamato HiPEP che avrà un’efficienza, un impulso specifico più elevati e un tempo di vita più lungo dell’NSTAR. La Aerojet ha recentemente completato i test su un prototipo NEXT.

FUNZIONAMENTO
Il sistema a due elettrodi è costituito da: un primo elettrodo, detto screen grid, caricato positivamente, ed un secondo elettrodo, detto accelerator grid, caricato negativamente. Dato che gli ioni vengono generati in una regione altamente positiva e il potenziale dell’accelerator grid è negativo, gli ioni vengono attratti verso quest’ultimo e vengono focalizzati al di fuori della camera di scarica attraverso le aperture, creando migliaia di getti ionici che generano il cosiddetto fascio ionico . La velocità di scarica degli ioni nel fascio dipende, quindi, dalla tensione applicata alle griglie. Mentre la massima velocità del propulsore chimico è limitata dalla capacità termica del nocciolo, la massima velocità del razzo ionico dipende dalla tensione applicata alle griglie (la quale è teoricamente illimitata). Poiché il razzo ionico espelle una elevata quantità di ioni positivi, una uguale quantità di cariche negative deve essere espulsa per mantenere la neutralità del fascio di scarica. Perciò, un secondo catodo cavo viene posto nel perimetro superiore del razzo ed espelle gli elettroni necessari a neutralizzare la carica positiva del fascio. l’energia elettrica si ricava o dai pannelli solari o da batterie a base litio e cadmio, In un motore a propulsione ionica, le particelle cariche (ioni) e vengono accelerate da un campo elettrico per poi essere incanalate nello spazio attraverso un ugello. Sfruttando il principio di azione e reazione la navicella riceve una piccola spinta in direzione opposta. Così la navicella può raggiungere velocità fenomenali. La propulsione a ioni permette alla sonda di cambiare la sua orbita più volte. Un propulsore ionico è un tipo di propulsione elettrica usata per la propulsione spaziale, in grado di creare una spinta a partire dall’accelerazione degli ioni. I propulsori ionici si differenziano dal modo in cui accelerano gli ioni, usando forze elettrostatiche o elettromagnetiche. I propulsori di tipo elettrostatico utilizzano la forza di Coulomb, accelerando quindi gli ioni nella direzione del campo elettrico, mentre quelli elettromagnetici sfruttano la forza di Lorentz. La spinta creata nei propulsori ionici è molto piccola in confronto ai razzi chimici convenzionali, ma si ottiene un impulso specifico, o efficienza propulsiva, molto elevata. A causa delle loro necessità energetiche relativamente elevate, data la potenza specifica delle fonti energetiche, i propulsori ionici sono considerati convenienti solamente per applicazioni di propulsione spaziale.


 
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