Nový iontový motor je desetkrát účinnější

Nový iontový motor vystřeluje částice rychlostí 210 km/s a je tak desetkrát účinnější než současné. Otevře dveře ke snadnému cestování lidí do vzdálených částí vesmíru nebo zůstane pouze pohonem lehkých sond?

Vylepšení elektrostatického iontového motoru

Zvětšit
Schéma elektrostatického iontového motoru
Credit: viz Wikipedia

ESA ve spolupráci s Australskou národní univerzitou vyvinula a úspěšně otestovala vylepšení elektrostatického iontového motoru a nový motor pojmenovala DS4G. Klasický elektrostatický iontový motor funguje tak, že palivo, které představuje obvykle těžký netečný plyn xenon, je bombardováno elektronovým dělem, čímž se vyrazí elektrony z poslední slupky xenonu (To je, mimochodem, docela energeticky náročné.), a tak se z něj stane kladný iont. Postupuje poté k dvojici blízko sebe umístěných mřížek s vysokým rozdílem napětí (obvykle 5 kV), které oddělí volné elektrony od kladných iontů a ionty urychlí na vysokou rychlost – obvykle 20 až 30 km/s. Vyšší rozdíl napětí mezi mřížkami udělí větší rychlost, ale má to za následek vyšší opotřebení výstupní mřížky nárazy iontů. Je to nepříjemné, jelikož iontové motory mají velmi nízký tah, a musí proto pracovat bez přestání i několik měsíců až let, aby sondu urychlily na potřebnou rychlost. Na závěr jsou vystupující kladné ionty neutralizovány dalším elektronovým dělem, aby si motor zachoval celkovou elektrickou neutralitu.

Motor DS4G při testech
Credit: ESA

Vědci tento princip vylepšili tak, že použili dvě dvojice urychlovacích mřížek. První dvojice pracuji na vysokém napětí. Mezi ní je malý napěťový rozdíl např. první má 10 000 V a druhá 9 900 V. Tam se oddělí ionty od elektronů. Poté následuje větší mezera a dále je umístěn další pár mřížek na nízkém napětí (např. 200 a 100 V). Vysoký rozdíl napětí na velké dráze udělí iontům velkou rychlost a přitom nepoškozuje mřížku. Zde se přiznám, že mi není jasné, proč proč se nepoškozuje. Zdá se, že to nějak souvisí s oddělováním elektronů od iontů, ale skutečný důvod mi zůstává záhadou. Budu tedy vědcům slepě věřit.

Špičkové parametry

Motor DS4G při testech
Credit: ESA

Použité napětí 30 kV urychlí vystupující ionty na 210 km/s, a tak se desetkrát zvedne palivová účinnost oproti výstupní rychlosti 21 km/s. Vyšší palivová účinnost znamená, že s daným množstvím paliva (xenonu) může motor pracovat se stejným tahem desetkrát déle. Taková účinnost se vyjadřuje specifickým impulzem. Čím je větší, tím lépe. Iontové motory jej mají asi stokrát větší než klasické chemické. Nový iontový motor prý bude možné snadno zvětšit pro dosažení výkonu dostatečného pro těžší vesmírná plavidla.

Budoucnost letů sluneční soustavou

Nyní budou následovat dlouhodobé testy, které ukáží, zda je životnost motoru skutečně tak vysoká, jak vědci čekají. Pokud bude, určitě můžeme očekávat brzké nasazení v sondách zkoumajících sluneční soustavu. Po zastavení programu JIMO, jehož součásti byl projekt HiPEP zabývající se vysokovýkonným iontovým pohonem, v loňském roce zůstává ESA jedinou nadějí na to, že se dočkáme motorů, se kterými budeme moci dosáhnout jakýkoliv bod ve sluneční soustavě v dostatečně krátkém čase.

Mřížka výkonného iontového motoru z projektu HiPEP
Credit: NASA

Když G. W. Bush oznámil snahu o obnovení letů k Měsíci a let na Mars, byl jsem potěšen. Když se nyní dovídám detaily o zastavených projektech je mi smutno. JIMO (Ve stručnosti – sestavení velké sondy pro výzkum ledových měsíců Jupiteru poháněné iontovým motorem se zdrojem elektrické energie v podobě jaderné článku) je z dlouhodobého hlediska nesrovnatelně užitečnější, protože spotřebované peníze se investují do vývoje zcela nové technologie a ne do recyklace staré. Letem na Mars se vyhodí oknem značná část z utracených mnoha miliard dolarů, zatímco jinak by se celá částka investovala do budoucích letů modernějších sond. Výsledkem letu na Mars bude těžko měřitelný politický zisk. Nemůžeme přece dopustit, aby Čína byla na Marsu první, že? NASA postupně ztratí technologický náskok, když se bude plácat ve starých/osvědčených technologiích. Čína by mohla být na Marsu první, ale USA by mohly s pomocí špičkových iontových motorů být první na Titanu nebo i dál.

Co se dá dělat. Rodina Bushů má dávný sen zažít přistání lidí na Marsu. Když se to nepodařilo zařídit Georgi Bushovi staršímu, tak se o to pokusí mladší. Docela typické upřednostnění krátkodobého úspěchu před dlouhodobým. Co naděláme. Dobývat Měsíc či Mars je sice vzrušující, ale létání po celé sluneční soustavě ještě víc.