Управление вектором тяги для ионного двигателя — есть планы или текущие исследования?

В то время как большинство приложений ионной тяги включают в себя длительные «ожоги» либо с крошечным, медленным вращением, либо без него, в случае этого вопроса: стратегия тяги для округления стандартной орбиты GTO с использованием ионного двигателя? возможно, вы захотите раскачивать спутник вперед и назад на каждой орбите (для фиксированного ионного двигателя), чтобы оптимизировать как можно меньше времени для циркуляризации с фиксированной площадью солнечной панели. (ионные двигатели обычно питаются от солнечных панелей в режиме реального времени).

редактировать: вы можете торопиться, например, уйти от низкоорбитального мусора — и в зависимости от космической погоды — захваченного излучения, например:

https://en.wikipedia.org/wiki/Файл:Van_Allen_Belts.ogv

Если вы ориентируете спутник с фиксированными панелями для максимальной мощности, возможно, вам захочется управлять ионной тягой. Это всего лишь пример ситуации, когда вы можете захотеть это сделать, это не предмет вопроса и не единственная возможная причина.

Заряженные частицы все время отклоняются естественным или искусственным образом либо магнитным, либо электрическим полем (или обоими). Можно изменить смещение постоянного тока на пластинах электростатического дефлектора или даже отрегулировать положение некоторых постоянных магнитов, чтобы управлять тягой, не выполняя (слишком много) работы.

Конечно, можно было просто подвесить весь двигатель.

Ни один из них не является простым, и они, безусловно, будут иметь влияние на дизайн, стоимость, сложность, риск и производительность.

Мой вопрос: есть ли какие-либо заявленные планы или исследования по вектору ионной тяги?

Ответы (2)

Ионные двигатели на Deep Space 1 и Dawn были установлены на карданном подвесе. Если вы собираетесь эксплуатировать один двигатель, он в значительной степени должен быть на шарнире или по вектору, чтобы направить тягу в среднем через ЦТ (центр тяжести). Это кажется мне неизбежным. Если бы у вас не было способа направить тягу, то нельзя было бы гарантировать, что тяга пройдет через центр тяжести, поскольку, например, топливо расходуется на перемещение центра тяжести. Тогда ионный двигатель будет действовать как чрезвычайно эффективный двигатель управления ориентацией, придающий космическому кораблю крутящий момент, которому гидразиновые двигатели управления ориентацией не смогут противостоять.

Я полагаю, вы могли бы попытаться электромагнитно направить тягу, но физика плазмы сложна, тогда как подвесы чертовски просты. Я думаю, что вы бы просто снизили эффективность двигателя с электромагнитным вектором, не заставив все ионы двигаться в одном направлении. У подвеса такой проблемы нет.

Вы также можете динамически смещать компьютерную графику. Подвижный вес внутри корабля (или даже несколько топливных баков, расходуемых в регулируемых пропорциях) мог бы маневрировать ЦТ корабля, чтобы обеспечить снижение насыщения реактивных колес. Является ли он более надежным/эффективным, чем карданный подвес? Я не знаю.
@uhoh: Ваша догадка верна.
Хорошо, это имеет смысл. Если есть только один двигатель, вам нужен руль, будь то самолет, лодка или космический зонд, чтобы не ходить по кругу. Gimbaling теперь является проверенным решением. Существует большой опыт шарнирной артикуляции других вещей (солнечных панелей, антенн), и, поскольку эти двигатели имеют такую ​​малую тягу, карданный подвес не будет знать, что он направлен на двигатель, а не на более пассивное устройство. Похоже, вы не ожидаете большого количества активных исследований в области векторизации ионной тяги по полям E или B из-за отсутствия острой необходимости в этом.
заметка для себя: CG = центр масс

Я не знаю, есть ли какие-либо планы или разработки в области векторизации тяги от одного ионного двигателя, будь то кардан или отклонение ионного потока, но LISA Pathfinder (прототип запланированной миссии eLISA ) тестирует два набора ионных двигателей - коллоидная и автоэмиссионная - для сверхточного управления ориентацией. Они установлены и действуют как подруливающие блоки RCS - наборы из нескольких крошечных подруливающих устройств с незначительной тягой, направленных в различных направлениях, способных обеспечить как произвольное вращение, так и перемещение корабля.

Они чрезвычайно важны в эксперименте с интерферометром, где расстояние и ориентация между зондами, расположенными на расстоянии миллионов километров друг от друга, должны поддерживаться с субмикронной точностью. Задача Следопыта — определить, какие из них лучше справляются с поставленной задачей.

Это одновременно имеет для меня полный смысл и полностью поражает меня, что для достижения в конечном счете субмикронной (и намного ниже) точности человек переходит на космический корабль, движущийся со скоростью километры в секунду. Оптика и космос созданы друг для друга!
Это определенно более простой способ сделать это, если вы можете использовать небольшие двигатели. Но для одного крупного самолета, предназначенного для крупных маневров, либо управление вектором тяги, либо управление ориентацией, по-видимому, являются единственными вариантами.
@uhoh: Контроль отношения необходим в любом случае. В любом случае, вы не можете выполнять какие-либо быстрые маневры с тягой в 4 Н, поэтому, если вы хотите увернуться от астероидов, химический RCS будет лучшим вариантом.
Звучит отлично! Я просто хотел поблагодарить вас за ваш ответ, но вернитесь к вопросу.
@uhoh Ну, кто-то другой должен будет заполнить. Я считаю, что небольшая векторизация должна быть вполне жизнеспособной, изгибая ионный пучок так же, как электронный пучок изгибается в ЭЛТ-мониторе, но это только я, понятия не имею, делается ли это, исследуется или что-либо.
Управление вектором тяги для ионного двигателя — есть планы или текущие исследования?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v