Что такое фантомный двигатель

Фантомный ток: определение, значение, предложения

Значение слова «ФАНТОМНЫЙ»

Значение слова «ТОК»

Движение электрического заряда в проводнике.

Предложения с «фантомный ток»

На данной странице приводится толкование (значение) фразы / выражения «фантомный ток», а также синонимы, антонимы и предложения, при наличии их в нашей базе данных. Мы стремимся сделать толковый словарь English-Grammar.Biz, в том числе и толкование фразы / выражения «фантомный ток», максимально корректным и информативным. Если у вас есть предложения или замечания по поводу корректности определения «фантомный ток», просим написать нам в разделе «Обратная связь».

• Теория
  • Грамматика
  • Лексика
  • Аудио уроки
  • Диалоги
  • Разговорники
  • Статьи
• Онлайн
  • Тесты
  • Переводчик
  • Орфография
  • Радио
  • Игры
  • Телевидение
• Специалистам
  • Английский для медиков
  • Английский для моряков
  • Английский для математиков
  • Английский для официантов
  • Английский для полиции
  • Английский для IT-специалистов
• О проекте
  • Реклама на сайте
  • Обратная связь
  • — Partners
  • NativeLib
  • OpenTran
  • English-Grammar
  • Synonymizer
• Словари
  • Испанский
  • Голландский
  • Итальянский
  • Португальский
  • Немецкий
  • Французский
  • Русский
• Содержание
  • Перевод
  • Синонимы
  • Антонимы
  • Произношение
  • Определение
  • Примеры
  • Транскрипция

Copyright © 2011-2021. All Rights Reserved.

Ионный двигатель

Ионный двигатель
Ионный двигатель NSTAR американской АМС Deep Space 1
Тип	электрический ракетный двигатель
Топливо	ионизированный инертный газ
Использование
Время эксплуатации	более 3 лет [1]
Применение	управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли; главный тяговый двигатель небольших автоматических космических станций [1]
Массогабаритные характеристики
Рабочие характеристики
Тяга	20—250 мН [1]
Потребляемая мощность	1—7 кВт
КПД	0,6-0,8 (60-80%)
Скорость истечения	20—50 км/с
Медиафайлы на Викискладе

Ионный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, принцип работы которого основан на создании реактивной тяги на базе ионизированного газа, разогнанного до высоких скоростей в электрическом поле [1] . Достоинством этого типа двигателей является малый расход топлива и продолжительное время функционирования (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более трёх лет) [1] . Недостатком ионного двигателя является ничтожная по сравнению с химическими двигателями тяга [1] . По сравнению с двигателями с ускорением в магнитном слое ионный двигатель обладает большим энергопотреблением при равном уровне тяги. Ионные двигатели используют повышенные напряжения, обладают более сложной схемой и конструкцией, что усложняет решение задачи обеспечения высокой надёжности и электрической прочности двигателя. [2]

Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольших автоматических космических станций [1] .

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе — Deep Space 1 смог увеличить скорость аппарата массой около 370 кг на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона [1] . Этот рекорд был побит космическим аппаратом Dawn: впервые — 5 июня 2010 года [3] , а к сентябрю 2016 года набрана скорость уже в 39 900 км/ч [4] (11,1 км/с).

Ионный двигатель характеризуется малой тягой и высоким удельным импульсом. Ресурс работы оценивается в диапазоне 10 тысяч — 100 тысяч часов. В настоящее время разрабатывается новое поколение ионных двигателей, рассчитанных на расход 450 килограммов ксенона, чего хватит на 22 тысячи часов работы при максимальном форсаже. Причинами отказа могут стать износ ионной оптики, катодной диафрагмы и держателя для плазмы, истощение рабочего материала в каждой катодной вставке и откол материала в разрядной камере. Согласно проведённым тестам при удельном импульсе больше 2000 s первым произойдёт структурный отказ ионной оптики при использовании 750 килограммов топлива, что в 1,7 раза превышает квалификационные требования. При удельном импульсе меньше 2000 s прототип может удвоить расход потребляемого топлива [5] .

Содержание

• 1 Принцип действия
• 2 История
• 3 Культура
• 4 Миссии
  • 4.1 Действующие миссии
  • 4.2 Завершённые миссии
  • 4.3 Планируемые миссии
  • 4.4 Нереализованные миссии
  • 4.5 Проект Джефри Лэндиса
• 5 См. также
• 6 Примечания
• 7 Литература
• 8 Ссылки

Принцип действия [ править | править код ]

Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с [6] , по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии. Технические характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1—7 кВт, скорость истечения ионов 20—50 км/с, тяга 20—250 мН, КПД 60—80 %, время непрерывной работы более трёх лет. В существующих реализациях ионного двигателя в качестве источника энергии, необходимой для ионизации топлива, используются солнечные батареи. [1]

Рабочим телом, как правило, является ионизированный инертный газ (аргон, ксенон и т. п.), но иногда и ртуть. В ионизатор подаётся топливо, которое само по себе нейтрально, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом, в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны. Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из двух или трёх сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 Вольт на внутренней против -225 Вольт на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку, выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается, во-первых, для того, чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным, а во-вторых, чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом, не притягивались обратно к кораблю [1] .

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50—100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей.

История [ править | править код ]

Ионный двигатель является первым хорошо отработанным на практике типом электрического ракетного двигателя. Концепция ионного двигателя была выдвинута в 1917 году Робертом Годдардом [7] , а в 1954 году Эрнст Штулингер ru en детально описал эту технологию, сопроводив её необходимыми вычислениями [8] .

В 1955 году Алексей Иванович Морозов написал, а в 1957 году опубликовал в ЖЭТФ статью «Об ускорении плазмы магнитным полем» [9] [10] . Это дало толчок к исследованиям, и уже в 1964 году на советском аппарате «Зонд-2» первым таким устройством, выведенным в космос, стал плазменно-эрозионный двигатель конструкции А. М. Андрианова. Он работал в качестве двигателя ориентации с питанием от солнечных батарей [11] .

Первый американский функционирующий ионный электростатический двигатель (создан в США в НАСА John H. Glenn Research Center at Lewis Field) был построен под руководством Гарольда Кауфмана ru en в 1959 году. В 1964 году прошла первая успешная демонстрация ионного двигателя в суборбитальном полёте (SERT-1) [1] . Двигатель успешно работал в течение запланированной 31 минуты. В 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе (SERT II) [12] . Малая тяга и низкий КПД надолго отвадили американских конструкторов от применения электрических и ионных двигателей.

Тем временем в Советском Союзе продолжалась разработка и улучшались характеристики. Были разработаны и применялись различные типы ионных двигателей на различных типах космических аппаратов. Двигатели СПД-25 тягой 25 миллиньютон, СПД-100 [13] , и другие серийно устанавливались на советские спутники с 1982 года [14] .

В качестве основного (маршевого) двигателя ионный двигатель был впервые применён на космическом аппарате Deep Space 1 (первый запуск двигателя — 10 ноября 1998 г.). Следующими аппаратами стали европейский лунный зонд Смарт-1, запущенный 28 сентября 2003 года [15] , и японский аппарат Хаябуса, запущенный к астероиду Итокава в мае 2003 года [1] .

Следующим аппаратом НАСА, обладающим маршевыми ионными двигателями, стала (после ряда замораживаний и возобновления работ) АМС Dawn, которая стартовала 27 сентября 2007 года. Dawn предназначен для изучения Весты и Цереры и несёт три двигателя NSTAR, успешно испытанных на Deep Space 1 [1] .

Европейское Космическое Агентство установило ионный двигатель на борту спутника GOCE, запущенного 17 марта 2009 года на сверхнизкую околоземную орбиту высотой около 260 км. Ионный двигатель создаёт в постоянном режиме импульс, компенсирующий атмосферное трение и другие негравитационные воздействия на спутник [1] .

Культура [ править | править код ]

Впервые ионный двигатель появился в фантастике в 1910 году — в романе Дональда В. Хорнера «Аэроплан к солнцу: приключения авиатора и его друзей» [16] [17] . Ионный двигатель широко представлен в фантастической литературе, компьютерных играх и кинематографе (так, в «Звёздных войнах» экономичный ионный двигатель развивает скорость до трети световой и используется для перемещения в обычном пространстве на небольшие по космическим меркам расстояния — например, в пределах планетарной системы [18] ), но для практической космонавтики стал доступен только во второй половине XX века. Реальный ионный двигатель по своим техническим характеристикам (и в первую очередь по силе тяги) значительно уступает своим литературным прообразам (так, Эдгард Чуэйри образно сравнивает ионный двигатель с автомобилем, которому нужно двое суток для разгона с 0 до 100 км/ч) [1] .

Миссии [ править | править код ]

Действующие миссии [ править | править код ]

• Starlink — проект компании Илона МаскаSpaceX по выведению спутников на околоземную орбиту для создания глобальной сети интернет. Технология используется для маневрирования спутников и избежания их столкновения с космическим мусором [источник не указан 832 дня] .
• Artemis[15]
• Хаябуса-2
• BepiColombo. Запущен 20 октября 2018 года. ЕКА использует ионный двигатель в этой меркурианской миссии, наряду с гравитационными манёврами и химическим двигателем для перехода на орбиту вокруг Меркурия в качестве искусственного спутника [15] . На аппарате работают самые мощные на сегодняшний день 4 ионных двигателя суммарной тягой 290 мН[19] .
• Тяньхэ — базовый модуль Китайской космической станции, запущенный 29 апреля 2021, имеет 4 ионных двигателя для коррекции орбиты [20] .

Завершённые миссии [ править | править код ]

• SERT (англ. Space Electric Rocket Test, рус. Тест Космического Электрического Двигателя — программа NASA, в которой на спутниках впервые был использован ионный двигатель)
• Deep Space 1
• Hayabusa (вернулся на Землю 13 июня 2010 года)
• Smart 1 (завершил миссию 3 сентября 2006 года, после чего был сведён с орбиты)
• GOCE (после исчерпания запасов рабочего тела сошёл с орбиты)
• LISA Pathfinder (ЕКА) использовал ионные двигатели в качестве вспомогательных для точного контроля высоты; деактивирован 30 июня 2017.
• Dawn. 1 ноября 2018 года аппарат исчерпал все запасы топлива для маневрирования и ориентации, его миссия, длившаяся 11 лет, была официально завершена.

Планируемые миссии [ править | править код ]

• Международная космическая станция. По состоянию на март 2011 года планировалась доставка на МКС электромагнитного двигателя (VASIMR) Ad Astra VF-200 с мощностью в 200 кВт VASIMR. VF-200 представляет собой версию VX-200[21] . Поскольку доступная электрическая мощность на МКС меньше 200 кВт, проект ISS VASIMR включал в себя систему батарей, которая накапливала энергию для 15 минут работы двигателя.
• Solar Orbiter.

Нереализованные миссии [ править | править код ]

NASA ввело проект «Прометей», для которого разрабатывался мощный ионный двигатель, питающийся электричеством от бортового ядерного реактора. Предполагалось, что такие двигатели в количестве восьми штук могли бы разогнать аппарат до 90 км/с. Первый аппарат этого проекта Jupiter Icy Moons Explorer планировалось отправить к Юпитеру в 2017 году, однако разработка этого аппарата была приостановлена в 2005 году из-за технических сложностей. В 2005 году программа была закрыта [22] . В настоящее время идёт поиск более простого проекта АМС для первого испытания по программе «Прометей» [23] .

Проект Джефри Лэндиса [ править | править код ]

Geoffrey A. Landis ru en предложил проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что даёт некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом. В настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений — например, он потребует силы тяги от ионных двигателей в 1570 Н при нынешних 20—250 мН [24] (по другим данным рекорд тяги у современных ионных двигателей 5,4 Н [25] ).

История Mercury Marine в кратких фактах: 1950 — 1970

В этом году вышел Mercury Mark 75 — первый в отрасли шестицилиндровый подвесной двигатель мощностью 60 л.с., зарекомендовавший себя как самый эффективный и экономичный мотор того времени.

В двухцилиндровый двигатель Mercury Mark 10 мощностью 10 л.с. впервые внедрена система подводного выхлопа через ступицу гребного винта (Jet Prop Exhaust). На нижнем редукторе этой модели установлена специальная защитная конструкция, предотвращающая запутывание в водорослях.

1 августа 1961 года компания Kiekhaefer Corporation приобретена корпорацией Brunswick Corporation.

В серийное производство поступают первые поворотно-откидные колонки MerCruiser для системы мощностью более 100 л.с.

Компания представила первый в мире подвесной двигатель мощностью 100 л.с. — Mercury 1000 . Моторы этой серии выпускались в цвете под оригинальным названием «Фантомный черный».

Все двигатели Mercury предлагаются в цвете «Фантомный черный», который стал олицетворением первоклассного дизайна.

В производство поступает комплект защиты от коррозии MerCathode, ставший на тот момент самым передовым решением из доступных на рынке антикоррозийных средств защиты.

Mercury официально формирует новое подразделение High Performance, перед которым поставлена задача расширения присутствия компании на рынке.

Производственный цех Plant 98 приступает к отливке стальных гребных винтов.

Мир увидел передовой V-образный шестицилиндровый двигатель V-6 1750 серии «Black Max» , признанный в те годы самым экономичным и мощным подвесным мотором.

А вы знали?

Карл Кихефер покинул пост президента Kiekhaefer Mercury в 1969 году, после чего было принято новое название компании — Mercury Marine . В то время Mercury, как и ряд других компаний конца 1960-х годов, занималась производством снегоходов. Также она выпускала двигатели для двуручных бензопил объемом 250 куб. см.

Обучающее видео от технического отдела компании «Лакор»

Хронология ключевых событий

Видеообзор, подготовленный техническим отделом компании «Лакор»

• Каталог
• Дилеры
• Пресс-центр
• Полезная информация
• О компании

© 2000–2021 НПФ «Лакор» — дистрибьютор «Brunswick Marine in EMEA» в России

Фантомные типы в Swift

Не каждый язык со статической системой типов обладает такой строгой типобезопасностью, как Swift. Это стало возможным благодаря таким особенностям Swift, как фантомные типы (phantom types), расширения универсальных типов и перечисления со связанными типами. На этой неделе мы узнаем, как использовать фантомные типы для создания типобезопасных API.

Основы

Фантомный тип — это универсальный тип, который объявляется, но никогда не используется внутри типа, в котором он объявлен. Обычно он используется как общее ограничение для создания более надежного и безопасного API. Рассмотрим простой пример.

В приведенном выше примере у нас есть структура Identifier с объявленным универсальным типом Holder. Как видите, мы не используем тип Holder внутри типа Identifier. Поэтому этот тип называют фантомным. Теперь давайте подумаем о преимуществах использования подобных типов.

Создадим типы User (пользователь) и Product (продукт), воспользовавшись ранее созданной структурой Identifier. Установим значение идентификатора равным 1 для новых типов user и product. Но если мы попытаемся их сравнить, компилятор Swift выдаст ошибку:

Двоичный оператор «==» не может применяться к операндам типа Identifier-User и Identifier-Product.

И это здорово, поскольку нам не нужно сравнивать идентификаторы «пользователя» и «продукта». Мы можем это сделать только случайно. Благодаря фантомному типу компилятор Swift не позволяет нам смешивать эти идентификаторы и распознает их как совершенно разные типы. Вот еще один пример, когда компилятор Swift не позволяет нам смешивать идентификаторы.

Типобезопасность в HealthKit

Мы изучили основы фантомных типов. Теперь мы можем перейти к более сложным примерам. Я создал пару приложений для поддержания здоровья, которые используют HealthKit для хранения и запроса данных о состоянии пользователя от Apple Watch. Рассмотрим типичный пример кода, получающий данные из приложения Apple Health.

В приведенном выше примере мы создаем запрос для получения веса пользователя из приложения Apple Health. В обработчике завершения мы пытаемся получить среднее значение и преобразовать его в метры. Как нетрудно догадаться, преобразовать массу тела в метры невозможно, и здесь приложение вылетает. Постараемся решить эту проблему, введя фантомный тип для создания более типобезопасного API.

Вот возможное решение для фреймворка HealthKit, где для повышения безопасности API используется фантомный тип. Мы вводим перечисления Mass (масса) и Distance (расстояние), чтобы работать с различными единицами измерения. Как только вы попытаетесь преобразовать массу в расстояние, компилятор Swift остановит вас, отобразив сообщение об ошибке:

Невозможно преобразовать значение типа Distance в ожидаемый тип аргумента Mass.

Заключение

Сегодня мы изучили фантомные типы, одну из моих любимых функций в языке Swift. Очевидно, существует множество возможных применений фантомных типов. Не стесняйтесь рассказать о своих способах повышения безопасности API с помощью фантомных типов. Надеюсь, вам понравится этот пост. Читайте мои посты в Twitter и задавайте вопросы по этой статье. Спасибо за внимание и до следующей недели!