Почему ионные двигатели не используют экзотермические реакции непосредственно для ионизации газа и нагрева плазмы?

Ионные двигатели нуждаются в ионах, чтобы оставаться ионизированными

Чтобы быть полезно эффективным, ионный двигатель должен ионизировать значительную часть топлива и поддерживать его ионизированным до тех пор, пока он не пройдет через большую часть положительного градиента электростатического потенциала до любого потенциала, назначенного локальному свободному пространству. Я не буду говорить здесь «земля», но назначение нуля произвольно.

Именно электростатическое ускорение ионов является «толчком» двигателя.

Это означает, что плазма должна иметь достаточно низкое давление, чтобы ионы и электроны не рекомбинировали слишком сильно. В некоторых конструкциях, использующих электронный циклотронный резонанс, вакуум должен быть настолько низким, чтобы электроны могли разгоняться до высокой энергии перед полезным ионизирующим столкновением. Это низкое давление слишком низкое, чтобы обеспечить устойчивую химическую реакцию.

Вещи не горят в почти вакууме

Основная задача ионного двигателя — продолжать генерировать электроны высокой энергии, чтобы продолжать ионизировать нейтральный газ, постоянно поступающий в камеру. В таком случае столкновений так мало, что реакция одной пары атомов кислорода/водорода не вызовет аналогичной реакции ни у одного соседнего атома. Он не будет самоподдерживающимся, и на самом деле почти весь водород и кислород будут выходить из двигателя непрореагировавшими.

выше: из этого видео YouTube « Введение в ионные двигатели» . Щелкните правой кнопкой мыши и откройте в новом представлении для полноразмерного чтения и детализации. Изображение размещено здесь, чтобы избежать гниения ссылок, если видео на YouTube когда-либо будет перемещено или удалено.

Вот ссылка на реальное видео:

Ионный двигатель должен быть максимально простым и эффективно использовать массу топлива. Зачем использовать три газа, если работает только ксенон? Масса топлива должна разгоняться полностью, а не только ксеноновая часть. Если использовать всю теплоту реакции водорода с кислородом, камеру сгорания необходимо охлаждать, чтобы предотвратить плавление. Ионный двигатель используется для длительных миссий из-за малой тяги, но жидкий водород и кислород не могут храниться так долго. Резервуары высокого давления для газообразного водорода и кислорода имеют большой вес. Ксенон — очень тяжелый газ, резервуар для газа той же массы может быть намного меньше и легче для ксенона, чем для водорода или кислорода. Количество электрической энергии, используемой для нагрева и ионизации ксенона, намного меньше, чем для ускорения ксенона. Вы не

Химическая энергия может дать только около 2 % энергии, которую получает ион, ускоренный электрическим током.

Потому что то, что вы сейчас описываете, это обычная ракета на жидком топливе.

Эффективность ракетного топлива определяется скоростью его истечения. Эта скорость имеет максимальное значение для каждого вида топлива.

Если вы собираетесь сжигать водород, вы можете достичь примерно$4\ 400 \frac{\text{m}}{\text{s}}$. Ионные двигатели достигают около$29\ 000 \frac{\text{m}}{\text{s}}$

Более того, мы не можем хранить жидкий водород/кислород в течение длительного времени. Для миссии в дальний космос это проблема.