دافع أيوني

📅 آخر تحديث: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣١ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 13 صور
الموسوعة الحرة

محرك الدفع الأيوني NSTAR بقوة 2.3  كيلوواط الذي طورته ناسا لمركبة الفضاء Deep Space 1 خلال اختبار إطلاق ساخن في مختبر الدفع النفاث (1999).
اختبار محرك أيوني NEXIS (2005)
نموذج أولي لمحرك أيوني يعمل بالزينون يتم اختباره في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (2005)

المحرك الأيوني هو نوع من أنواع الدفع الكهربائي المستخدم في المركبات الفضائية . يقوم المحرك الأيوني بتوليد سحابة من الأيونات الموجبة من غاز متعادل عن طريق تأيينه لاستخلاص بعض الإلكترونات من ذراته . ثم تُسرّع الأيونات باستخدام الكهرباء لتوليد قوة الدفع . تُصنف المحركات الأيونية إلى نوعين : كهروستاتيكية وكهرومغناطيسية .

تتسارع أيونات المحرك الكهروستاتيكي بفعل قوة كولوم على طول اتجاه المجال الكهربائي . تُعاد حقن الإلكترونات المخزنة مؤقتًا بواسطة مُعادِل في سحابة الأيونات بعد مرورها عبر الشبكة الكهروستاتيكية، فيصبح الغاز متعادلًا مرة أخرى ويمكنه الانتشار بحرية في الفضاء دون أي تفاعل كهربائي إضافي مع المحرك.

على النقيض من ذلك، تتسارع أيونات الدفع الكهرومغناطيسي بفعل قوة لورنتز لتسريع جميع الأنواع (الإلكترونات الحرة بالإضافة إلى الأيونات الموجبة والسالبة) في نفس الاتجاه بغض النظر عن شحنتها الكهربائية ، ويُشار إليها تحديدًا باسم محركات الدفع البلازمي ، حيث لا يكون المجال الكهربائي في اتجاه التسارع. [ 1 ] [ 2 ]

تستهلك محركات الدفع الأيوني العاملة عادةً ما بين 1 و7 كيلوواط من الطاقة ، وتتراوح سرعات عادمها بين 20 و50 كم/ث (12-30 ميل/ث، I sp 2000-5000 ثانية)، وتمتلك قوة دفع تتراوح بين 25 و250 ملي نيوتن وكفاءة دفع تتراوح بين 65 و80%؛ [ 3 ] [ 4 ] وقد حققت محركات الدفع الأيوني التجريبية 100 كيلوواط (130 حصانًا) ، و 5 نيوتن (1.1 رطل قوة ) . [ 5 ]         

غيّرت المركبة الفضائية " ديب سبيس 1" التي أُطلقت عام 1998 سرعتها بمقدار 4.3 كم/ث (2.7 ميل/ث) باستخدام محركها الأيوني، واستهلكت 73.4 كجم (162 رطل) من غاز الزينون . [ 6 ] أما المركبة الفضائية " دون" التي أُطلقت عام 2007، فقد حققت تغييرًا في السرعة قدره 11.5 كم/ث (7.1 ميل/ث) ، ولكن بكفاءة أقل، حيث استهلكت 425 كجم (937 رطل) من غاز الزينون. [ 7 ]        

تشمل التطبيقات التحكم في اتجاه وموقع الأقمار الصناعية المدارية (بعض الأقمار الصناعية مزودة بعشرات من محركات الدفع الأيونية منخفضة الطاقة)، ​​واستخدامها كمحرك دفع رئيسي للمركبات الفضائية الروبوتية منخفضة الكتلة (مثل ديب سبيس 1 وداون )، [ 3 ] [ 4 ] والعمل كمحركات دفع للمركبات الفضائية المأهولة ومحطات الفضاء (مثل تيانغونغ ). [ 8 ]

تُعدّ محركات الدفع الأيوني عمليةً عمومًا في فراغ الفضاء فقط، إذ لا يستطيع دفعها الضئيل التغلب على مقاومة الهواء الكبيرة دون تغييرات جذرية في التصميم، كما هو الحال في مفهوم " الدفع الكهربائي المُستنشق للغلاف الجوي ". وقد طوّر معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تصاميم قادرة على الطيران لمسافات قصيرة وبسرعات منخفضة على مستوى سطح الأرض، باستخدام مواد فائقة الخفة وأجنحة انسيابية ذات مقاومة منخفضة. ولا يستطيع محرك الدفع الأيوني عادةً توليد قوة دفع كافية للإقلاع الأولي من أي جرم سماوي ذي جاذبية سطحية كبيرة . [ 9 ] لهذه الأسباب، يتعين على المركبات الفضائية الاعتماد على طرق أخرى، مثل الصواريخ الكيميائية التقليدية أو تقنيات الإطلاق غير الصاروخية، للوصول إلى مدارها الأولي .

الأصول

المركبة الفضائية SERT-1

اقترح روبرت هـ. غودارد لأول مرة استخدام الدفع الكهربائي عام 1906، ثم وسّع الفكرة لاحقًا في وثيقةٍ لمؤسسة سميثسونيان بعنوان "تقرير بشأن المزيد من التطوير" [ 10 ] ، بعد أن قدّم براءتي اختراع مبكرتين عام 1920 ( US1363037 ، طريقة ووسائل لإنتاج نفاثات غازية مشحونة كهربائيًا) وعام 1931 ( US1809115 ، جهاز لإنتاج الأيونات). وبين عامي 1910 و1928، أجرى غودارد أعمالًا متقطعة باستخدام أجهزة كهربائية في تجارب تهدف إلى تحديد جدوى الدفع الأيوني للسفر الفضائي. ويُحفظ جامع الأيونات، إلى جانب أنبوب اختبار الدفع الأيوني، في المتحف الوطني للطيران والفضاء. وفي الفترة 1925-1926، عمل اثنان من طلابه معه على هذا الموضوع، وقدّما نتائج مستقلة. [ 11 ] وُصِيَ بهذه التقنية لظروف شبه فراغية على ارتفاعات عالية، ولكن تم إثبات فعالية الدفع باستخدام تيارات هواء متأينة عند الضغط الجوي. ظهرت الفكرة مجددًا في كتاب هيرمان أوبرث " طرق إلى رحلات الفضاء " (1929 )، [ 12 ] حيث شرح أفكاره حول توفير الكتلة باستخدام الدفع الكهربائي، وتوقع استخدامه في دفع المركبات الفضائية والتحكم في وضعها ، ودعا إلى التسارع الكهروستاتيكي للغازات المشحونة. [ 13 ]

تم نشر مفهوم المركبة الفضائية ذات الدفع الأيوني لأول مرة في قصة خيال علمي كتبها الأمريكي جاك ويليامسون في عام 1947. [ 14 ] وأصبح فيما بعد عنصرًا أساسيًا في قصص الخيال العلمي.

قام هارولد ر. كوفمان ببناء محرك دفع أيوني عامل في عام 1959 في مرافق مركز جلين للأبحاث التابع لناسا . كان هذا المحرك مشابهًا لمحرك الدفع الأيوني الكهروستاتيكي الشبكي، ويستخدم الزئبق كوقود. أُجريت اختبارات دون مدارية خلال ستينيات القرن العشرين، وفي عام 1964، أُرسل المحرك في رحلة دون مدارية على متن صاروخ الاختبار الكهربائي الفضائي الأول (SERT-1). [ 15 ] [ 16 ] وقد عمل بنجاح لمدة 31 دقيقة كما هو مخطط له قبل سقوطه على الأرض. [ 17 ] تبع هذا الاختبار اختبار مداري، SERT-2، في عام 1970. [ 18 ] [ 19 ]

في 12 أكتوبر 1964، أجرت المركبة الفضائية فوسخود 1 اختبارات باستخدام محركات الدفع الأيوني التي تم تركيبها على الجزء الخارجي من المركبة. [ 20 ]

تمت دراسة شكل بديل للدفع الكهربائي، وهو دافع تأثير هول ، بشكل مستقل في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي خلال خمسينيات وستينيات القرن العشرين. وقد عملت دافعات تأثير هول على الأقمار الصناعية السوفيتية من عام 1972 حتى أواخر التسعينيات، واستُخدمت بشكل رئيسي لتثبيت الأقمار الصناعية في اتجاهي الشمال والجنوب والشرق والغرب. وأكمل ما بين 100 و200 محرك مهامًا على متن أقمار صناعية سوفيتية وروسية . [ 21 ] وعُرض تصميم الدافع السوفيتي على الغرب عام 1992 بعد أن زار فريق من المتخصصين في الدفع الكهربائي، بدعم من منظمة الدفاع الصاروخي الباليستي ، مختبرات سوفيتية.

مبدأ العمل العام

تستخدم محركات الدفع الأيونية حزمًا من الأيونات (ذرات أو جزيئات مشحونة كهربائيًا) لتوليد قوة دفع وفقًا لقانون حفظ الزخم . تختلف طرق تسريع الأيونات، لكن جميع التصاميم تستفيد من نسبة الشحنة إلى الكتلة . هذه النسبة تعني أن فروق الجهد الصغيرة نسبيًا يمكن أن تُنتج سرعات عالية للعادم. هذا يقلل من كمية كتلة التفاعل أو الوقود المطلوب، ولكنه يزيد من كمية الطاقة النوعية المطلوبة مقارنةً بالصواريخ الكيميائية . لذلك، تستطيع محركات الدفع الأيونية تحقيق دفع نوعي عالٍ . أما عيب انخفاض قوة الدفع فهو انخفاض التسارع، لأن كتلة وحدة الطاقة الكهربائية ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الطاقة. هذا الانخفاض في قوة الدفع يجعل محركات الدفع الأيونية غير مناسبة لإطلاق المركبات الفضائية إلى المدار، لكنها فعالة للدفع في الفضاء لفترات زمنية أطول.

تُصنف محركات الدفع الأيوني إلى نوعين: الكهروستاتيكية والكهرومغناطيسية . ويكمن الاختلاف الرئيسي بينهما في طريقة تسريع الأيونات.

  • تستخدم محركات الدفع الأيونية الكهروستاتيكية قوة كولوم وتسرع الأيونات في اتجاه المجال الكهربائي.
  • تستخدم محركات الدفع الأيونية الكهرومغناطيسية قوة لورنتز لتسريع الأيونات في الاتجاه العمودي على المجال الكهربائي.

تُستمد الطاقة الكهربائية لمحركات الدفع الأيوني عادةً من الألواح الشمسية . مع ذلك، يُمكن استخدام الطاقة النووية عند المسافات الكبيرة نسبيًا من الشمس . في كلتا الحالتين، تتناسب كتلة مصدر الطاقة طرديًا مع ذروة الطاقة التي يُمكن توفيرها، وكلاهما يوفران، لهذا التطبيق، طاقة غير محدودة تقريبًا. [ 22 ]

تميل المحركات الكهربائية إلى إنتاج قوة دفع منخفضة، مما ينتج عنه تسارع منخفض.1ز=9.81م/s2{\displaystyle 1g=9.81\;\mathrm {m/s^{2}} }، وهو التسارع القياسي للجاذبية الأرضية ، مع ملاحظة أنF=مأ⟹أ=F/م{\displaystyle F=ma\implies a=F/m}يمكن تحليل ذلك. سيُسرّع محرك الدفع NSTAR، الذي يُنتج قوة دفع تبلغ 92  ملي نيوتن [ 23 ] ، قمرًا صناعيًا كتلته طن واحد بمقدار 0.092 نيوتن / 1000 كيلوغرام = 9.2 × 10⁻⁵ متر/ثانية² ( أو 9.38 × 10⁻⁶ غرام ) . مع ذلك، يمكن الحفاظ على هذا التسارع لأشهر أو سنوات متواصلة، على عكس فترات الاحتراق القصيرة جدًا للصواريخ الكيميائية.     

F=2ηPزأناsp{\displaystyle F=2{\frac {\eta P}{gI_{\text{sp}}}}} أين:

  • F هي قوة الدفع بوحدة نيوتن،
  • η هي الكفاءة
  • P هي الطاقة الكهربائية التي يستخدمها المحرك النفاث بوحدة الواط، و
  • I sp هو النبضة النوعية بالثواني.

لا يُعدّ دافع الأيونات النوعَ الأكثرَ واعدةً من بين أنواع دفع المركبات الفضائية التي تعمل بالطاقة الكهربائية ، ولكنه الأكثر نجاحًا من الناحية العملية حتى الآن. [ 4 ] يتطلب محرك الأيونات يومين لتسريع سيارة إلى سرعة الطريق السريع في الفراغ. وتُعدّ الخصائص التقنية، وخاصةً قوة الدفع ، أدنى بكثير من النماذج الأولية الموصوفة في المراجع العلمية. [ 3 ] [ 4 ] وتُحدّ القدرات التقنية بالشحنة الفضائية الناتجة عن الأيونات، مما يحدّ من كثافة الدفع - أي القوة لكل وحدة مساحة مقطع عرضي للمحرك. [ 4 ] تُنتج دافعات الأيونات مستويات دفع منخفضة مقارنةً بالصواريخ الكيميائية التقليدية (على سبيل المثال، تُعادل قوة دفع مركبة الفضاء العميق 1 تقريبًا وزن ورقة واحدة) [ 4 ] ، ولكنها تُحقق دافعًا نوعيًا عاليًا - يُعرف أيضًا بكفاءة كتلة الوقود - من خلال تسريع العادم إلى سرعة عالية. وتزداد الطاقة المُوَصَّلة إلى العادم مع مربع سرعة العادم، بينما تكون الزيادة في قوة الدفع خطية. على النقيض، توفر الصواريخ الكيميائية قوة دفع عالية، لكن دفعها الكلي محدود بكمية الطاقة الضئيلة التي يمكن تخزينها كيميائيًا في الوقود. [ 24 ] ونظرًا للوزن العملي لمصادر الطاقة المناسبة، فإن تسارع دافع الأيونات غالبًا ما يكون أقل من جزء من ألف من الجاذبية الأرضية . ومع ذلك، ولأنها تعمل كمحركات كهربائية (أو كهروستاتيكية)، فإنها تحول جزءًا أكبر من الطاقة المدخلة إلى طاقة حركية ناتجة. أما الصواريخ الكيميائية فتعمل كمحركات حرارية ، وتحدّ نظرية كارنو من سرعة العادم.

المحركات الكهروستاتيكية

محركات الدفع الأيونية الكهروستاتيكية الشبكية

رسم تخطيطي لكيفية عمل محرك أيوني كهرساكن شبكي (من نوع القطب المغناطيسي متعدد الأقطاب)

بدأ تطوير محركات الدفع الأيوني الكهروستاتيكية الشبكية في ستينيات القرن العشرين [ 25 ] ، ومنذ ذلك الحين، استُخدمت في دفع الأقمار الصناعية التجارية [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] وفي البعثات العلمية [ 29 ] [ 30 ] . وتتمثل ميزتها الرئيسية في الفصل المادي بين عملية تأين الوقود وعملية تسريع الأيونات [ 31 ] .

تحدث عملية التأين في حجرة التفريغ، حيث يتم قذف الوقود الدافع بإلكترونات عالية الطاقة، فتؤدي الطاقة المنقولة إلى قذف إلكترونات التكافؤ من ذرات غاز الوقود الدافع. يمكن توفير هذه الإلكترونات بواسطة سلك كاثودي ساخن وتسريعها عبر فرق الجهد باتجاه المصعد. بدلاً من ذلك، يمكن تسريع الإلكترونات بواسطة مجال كهربائي مستحث متذبذب ناتج عن مغناطيس كهربائي متناوب، مما ينتج عنه تفريغ ذاتي الاستدامة بدون كاثود (محرك أيوني بترددات الراديو).

تُستخلص الأيونات المشحونة إيجابًا بواسطة نظام يتكون من شبكتين أو ثلاث شبكات متعددة الفتحات. بعد دخولها نظام الشبكة بالقرب من غلاف البلازما، تُسرّع الأيونات بفعل فرق الجهد بين الشبكة الأولى والثانية (وتُسمى شبكة الحماية وشبكة التسريع، على التوالي) إلى طاقة أيونية نهائية تتراوح عادةً بين 1 و2  كيلو إلكترون فولت، مما يُولّد قوة دفع.

تُصدر محركات الدفع الأيوني حزمة من الأيونات الموجبة الشحنة. ولمنع تراكم الشحنة على المركبة الفضائية، يُوضع مهبط آخر بالقرب من المحرك لإطلاق الإلكترونات في حزمة الأيونات، مما يجعل الوقود متعادلًا كهربائيًا. وهذا يمنع حزمة الأيونات من الانجذاب (والعودة) إلى المركبة الفضائية، الأمر الذي من شأنه أن يُلغي قوة الدفع. [ 17 ]

أبحاث دافعات الأيونات الكهروستاتيكية الشبكية (الماضي/الحاضر):

محركات الدفع ذات تأثير هول

رسم تخطيطي لمحرك دفع يعمل بتأثير هول

تعمل محركات الدفع ذات تأثير هول على تسريع الأيونات عن طريق فرق الجهد الكهربائي بين مصعد أسطواني وبلازما سالبة الشحنة تُشكل المهبط. يُضخ الجزء الأكبر من الوقود (عادةً الزينون) بالقرب من المصعد، حيث يتأين ويتدفق نحو المهبط؛ تتسارع الأيونات نحوه وعبره، وتلتقط الإلكترونات أثناء خروجها لمعادلة الحزمة، ثم تغادر المحرك بسرعة عالية.

يقع المصعد في أحد طرفي أنبوب أسطواني. في مركزه نتوء ملفوف لتوليد مجال مغناطيسي شعاعي بينه وبين الأنبوب المحيط. لا تتأثر الأيونات بالمجال المغناطيسي بشكل كبير نظرًا لكتلتها الهائلة. مع ذلك، فإن الإلكترونات المتولدة قرب نهاية النتوء لتكوين المهبط تُحاصر بواسطة المجال المغناطيسي وتُثبّت في مكانها بفعل انجذابها نحو المصعد. يتحرك بعض الإلكترونات حلزونيًا نحو المصعد، ويدور حول النتوء في تيار هول . عندما تصل إلى المصعد، تصطدم بالوقود غير المشحون وتؤدي إلى تأيينه، قبل أن تصل أخيرًا إلى المصعد وتُكمل الدائرة الكهربائية. [ 34 ]

الدفع الكهربائي ذو الانبعاث الميداني

قد تستخدم محركات الدفع الكهربائي ذات الانبعاث الميداني (FEEP) السيزيوم أو الإنديوم كوقود . يتألف التصميم من خزان صغير للوقود يخزن المعدن السائل، وأنبوب ضيق أو نظام من الصفائح المتوازية يتدفق السائل من خلاله، ومُسرِّع (حلقة أو فتحة مستطيلة في صفيحة معدنية) يقع على بُعد حوالي مليمتر واحد بعد نهاية الأنبوب. يُستخدم السيزيوم والإنديوم نظرًا لوزنهما الذري العالي، وجهود تأينهما المنخفضة، ونقاط انصهارهما المنخفضة. بمجرد وصول المعدن السائل إلى نهاية الأنبوب، يتسبب مجال كهربائي مُطبَّق بين الباعث والمُسرِّع في تشوه سطح السائل إلى سلسلة من النتوءات البارزة، أو مخاريط تايلور . عند تطبيق جهد عالٍ بما فيه الكفاية، تُستخلص الأيونات الموجبة من رؤوس المخاريط. [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] ثم يُسرِّع المجال الكهربائي الناتج عن الباعث والمُسرِّع الأيونات. يقوم مصدر خارجي للإلكترونات بمعادلة تيار الأيونات المشحونة إيجابياً لمنع شحن المركبة الفضائية.

محركات الدفع الكهرومغناطيسية

محركات الدفع الاستقرائية النبضية

تستخدم المحركات الحثية النبضية (PITs) نبضات بدلاً من الدفع المستمر، ولديها القدرة على العمل بمستويات طاقة تصل إلى ميغاواط (MW). تتكون هذه المحركات من ملف كبير يحيط بأنبوب مخروطي الشكل ينبعث منه غاز الدفع. يُعد الأمونيا الغاز الأكثر شيوعًا في الاستخدام. مع كل نبضة، تتراكم شحنة كبيرة في مجموعة من المكثفات خلف الملف، ثم تُطلق. يُولّد هذا تيارًا يتحرك بشكل دائري في اتجاه jθ. يُولّد هذا التيار بدوره مجالًا مغناطيسيًا في الاتجاه القطري الخارجي (Br)، والذي يُولّد بدوره تيارًا في الغاز الذي تم إطلاقه للتو في الاتجاه المعاكس للتيار الأصلي. يُؤيّن هذا التيار المعاكس الأمونيا. تتسارع الأيونات الموجبة الشحنة بعيدًا عن المحرك نتيجةً لعبور المجال الكهربائي jθ المجال المغناطيسي Br، بفعل قوة لورنتز. [ 38 ]

دافع مغناطيسي بلازمي ديناميكي

تعتمد محركات الدفع المغناطيسية البلازمية الديناميكية (MPD) ومحركات الدفع الليثيومية ذات قوة لورنتز (LiLFA) على مبدأ متشابه تقريبًا. ويُعدّ محرك LiLFA تطويرًا لمحرك MPD. ويمكن استخدام الهيدروجين والأرجون والأمونيا والنيتروجين كوقود . وفي تكوين معين، يمكن استخدام الغاز المحيط في المدار الأرضي المنخفض (LEO) كوقود . يدخل الغاز إلى الحجرة الرئيسية حيث يتأين إلى بلازما بفعل المجال الكهربائي بين المصعد والمهبط . ثم تنقل هذه البلازما الكهرباء بين المصعد والمهبط، مُغلقةً الدائرة الكهربائية. يُولد هذا التيار الجديد مجالًا مغناطيسيًا حول المهبط، يتقاطع مع المجال الكهربائي، مما يُسرّع البلازما بفعل قوة لورنتز.

يستخدم محرك LiLFA نفس الفكرة العامة لمحرك MPD، مع اختلافين رئيسيين. أولًا، يستخدم LiLFA بخار الليثيوم، الذي يمكن تخزينه في الحالة الصلبة. ثانيًا، يُستبدل المهبط الواحد بعدة قضبان مهبطية أصغر حجمًا، مُعبأة داخل أنبوب مهبطي مجوف . تتعرض مهابط MPD للتآكل بسهولة نتيجة التلامس المستمر مع البلازما. في محرك LiLFA، يُحقن بخار الليثيوم في المهبط المجوف، ولا يتأين إلى شكله البلازمي/لا يُسبب تآكل قضبان المهبط إلا بعد خروجه من الأنبوب. ثم تُسرّع البلازما باستخدام قوة لورنتز نفسها . [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]

في عام 2013، أجرت الشركة الروسية " مكتب تصميم الأتمتة الكيميائية" بنجاح اختبارًا عمليًا لمحرك MPD الخاص بها لرحلات الفضاء لمسافات طويلة. [ 42 ]

محركات البلازما عديمة الأقطاب الكهربائية

تتميز محركات البلازما عديمة الأقطاب الكهربائية بميزتين فريدتين: إزالة قطبي الأنود والكاثود، والقدرة على التحكم في تدفق الوقود. وتؤدي إزالة الأقطاب إلى القضاء على التآكل، الذي يحد من عمر محركات الأيونات الأخرى. يُؤيَّن الغاز المتعادل أولًا بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية ، ثم يُنقل إلى حجرة أخرى حيث يُسرَّع بواسطة مجال كهربائي ومغناطيسي متذبذب، يُعرف أيضًا بالقوة الدافعة . يسمح هذا الفصل بين مرحلتي التأين والتسريع بالتحكم في تدفق الوقود، مما يُغير مقدار الدفع وقيم النبضة النوعية. [ 43 ]

محركات دفع هيليكون ذات الطبقة المزدوجة

محرك الدفع ذو الطبقة المزدوجة الحلزونية هو نوع من محركات الدفع البلازمية التي تقذف غازًا متأينًا عالي السرعة لتوليد قوة الدفع . في هذا التصميم، يُحقن الغاز في حجرة أنبوبية ( أنبوب المصدر ) مفتوحة من أحد طرفيها. يتم توصيل طاقة التيار المتردد بترددات الراديو ( 13.56 ميجاهرتز في التصميم الأولي) بهوائي مصمم خصيصًا يلتف حول الحجرة. تتسبب الموجة الكهرومغناطيسية المنبعثة من الهوائي في تفكك الغاز وتكوين بلازما. ثم يُثير الهوائي موجة حلزونية في البلازما، مما يزيد من سخونتها. يتميز الجهاز بمجال مغناطيسي ثابت تقريبًا في أنبوب المصدر (يتم توفيره بواسطة ملفات لولبية في النموذج الأولي)، لكن المجال المغناطيسي يتباعد ويتناقص بسرعة كلما ابتعدنا عن منطقة المصدر، ويمكن اعتباره نوعًا من الفوهة المغناطيسية . أثناء التشغيل، يفصل حد فاصل حاد بين البلازما عالية الكثافة داخل منطقة المصدر والبلازما منخفضة الكثافة في منطقة العادم، وهو ما يرتبط بتغير حاد في الجهد الكهربائي. تتغير خصائص البلازما بسرعة عبر هذا الحد، المعروف باسم الطبقة الكهربائية المزدوجة الخالية من التيار . يكون الجهد الكهربائي داخل منطقة المصدر أعلى بكثير منه في منطقة العادم، وهذا ما يُسهم في حصر معظم الإلكترونات وتسريع الأيونات بعيدًا عن منطقة المصدر. يهرب عدد كافٍ من الإلكترونات من منطقة المصدر لضمان أن تكون البلازما في منطقة العادم متعادلة كهربائيًا بشكل عام.

صاروخ البلازما المغناطيسية ذو الدفع النوعي المتغير (VASIMR)

يعمل صاروخ البلازما المغناطيسي ذو الدفع النوعي المتغير (VASIMR) المقترح باستخدام موجات الراديو لتأيين الوقود وتحويله إلى بلازما، ثم استخدام مجال مغناطيسي لتسريع البلازما خارج الجزء الخلفي من محرك الصاروخ لتوليد قوة الدفع. وتقوم شركة Ad Astra Rocket ، ومقرها هيوستن ، تكساس ، حاليًا بتطوير VASIMR، بمساعدة من شركة Nautel الكندية ، التي تنتج مولدات الترددات الراديوية بقدرة 200 كيلوواط لتأيين الوقود. وتُجرى اختبارات على بعض المكونات وتجارب "إطلاق البلازما" في مختبر في ليبيريا، كوستاريكا . ويقود هذا المشروع رائد الفضاء السابق في وكالة ناسا، فرانكلين تشانغ دياز (CRC-USA). وكان من المقرر تركيب محرك اختبار VASIMR بقدرة 200 كيلوواط في الهيكل الخارجي لمحطة الفضاء الدولية ، كجزء من خطة اختبار VASIMR في الفضاء. مع ذلك، ألغت وكالة ناسا خطط إجراء هذا الاختبار على متن محطة الفضاء الدولية عام ٢٠١٥ ، وناقشت شركة أد أسترا بدلاً من ذلك إجراء اختبار طيران حر باستخدام محرك VASIMR. [ ٤٤ ] من المتوقع أن يُقلل محرك بقوة ٢٠٠ ميغاواط مدة الرحلة من الأرض إلى كوكب المشتري أو زحل من ست سنوات إلى أربعة عشر شهرًا، وإلى المريخ من سبعة أشهر إلى ٣٩ يومًا. [ ٤٥ ]   

محركات الدفع الكهروحرارية بالميكروويف

دافع حراري كهربائي يعمل بالميكروويف
مكونات الدوافع
مكونات الدوافع
غرفة التفريغ
غرفة التفريغ

في إطار منحة بحثية من مركز أبحاث لويس التابع لناسا خلال ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي، قاد مارتن سي. هاولي وجيس أسموسن فريقًا من المهندسين في تطوير دافع كهروحراري يعمل بالميكروويف (MET). [ 46 ]

في حجرة التفريغ، تتدفق طاقة الموجات الميكروية إلى المركز الذي يحتوي على مستوى عالٍ من الأيونات (I)، مما يؤدي إلى تأين الجزيئات المتعادلة في الوقود الغازي . تتدفق الجزيئات المثارة إلى الخارج (FES) عبر منطقة منخفضة الأيونات (II) إلى منطقة متعادلة (III) حيث تُكمل الأيونات عملية إعادة التركيب ، ليحل محلها تدفق الجزيئات المتعادلة (FNS) نحو المركز. في الوقت نفسه، تُفقد الطاقة إلى جدران الحجرة من خلال التوصيل الحراري والحمل الحراري (HCC)، بالإضافة إلى الإشعاع (Rad). تُحوّل الطاقة المتبقية الممتصة في الوقود الغازي إلى قوة دفع .

دافع النظائر المشعة

تم اقتراح نظام دفع نظري يعتمد على جسيمات ألفا ( He 2+أو 4 2 He 2+يشير ذلك إلى أيون هيليوم بشحنة +2 ينبعث من نظير مشع في اتجاه واحد عبر فتحة في حجرته. يُنتج مدفع الإلكترونات المُعادِل كمية ضئيلة من الدفع مع نبضة نوعية عالية تصل إلى ملايين الثواني نظرًا للسرعة النسبية العالية لجسيمات ألفا. [ 47 ]

يستخدم أحد أشكال هذا النظام شبكةً مصنوعةً من الجرافيت مع جهد تيار مستمر ثابت عالي لزيادة قوة الدفع، إذ يتميز الجرافيت بشفافية عالية لجزيئات ألفا عند تعريضه أيضًا لضوء فوق بنفسجي قصير الموجة بطول موجي مناسب من باعث الحالة الصلبة. كما يسمح هذا النظام باستخدام مصادر طاقة أقل وعمر نصف أطول، وهو ما يُعدّ ميزةً للتطبيقات الفضائية. وقد اقتُرح أيضًا استخدام غاز الهيليوم كحشو خلفي لزيادة متوسط ​​المسار الحر للإلكترونات.

المقارنات

بيانات اختبار بعض محركات الدفع الأيوني
دافعمادة دافعةالطاقة المدخلة (كيلوواط)الدفع النوعي (s)قوة الدفع (مللي نيوتن)كتلة المحرك النفاث (كجم)ملحوظات
إنستارزينون2.31700 –3300 [ 48 ]92 كحد أقصى. [ 23 ]8.33 [ 49 ]يستخدم في مسباري الفضاء ديب سبيس 1 ودون .
تأثير هول PPS-1350زينون1.51660905.3
SPT-140زينون4.518002808.5يُستخدم في مهمة سايكي .
التالي [ 23 ]زينون6.9 [ 50 ]4190 [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]236 كحد أقصى. [ 23 ] [ 52 ]<13.5 [ 53 ]يُستخدم في مهمة DART.
تأثير هول X3 [ 54 ]زينون أو كريبتون [ 55 ]102 [ 54 ]1800–2650 [ 56 ]5400 [ 54 ]230 [ 56 ] [ 54 ]
نيكسيس [ 57 ]زينون20.5
RIT 22 [ 58 ]زينون5
BHT-8000 [ 59 ]زينون8221044925
تأثير هولزينون75
فيبالسيزيوم السائل6×10 −5 –0.066000 –10000 [ 36 ]​0.001–1 [ 36 ]
NPT30-I2اليود0.034–0.066 [ 60 ]1000 –2500 [ 60 ]0.5–1.5 [ 60 ]1.2
تأثير ستارلينك Gen1 هول [ 61 ]كريبتون [ 61 ]حوالي عام 166770.83 تقريبًا
تأثير هول من الجيل الثاني لستارلينك [ 61 ]الأرجون [ 61 ]4.2 [ 61 ]2500 [ 61 ]170 [ 61 ]2.1 [ 61 ]يستخدم في الأقمار الصناعية الصغيرة Starlink V2 .
AEPS [ 62 ]زينون13.3290060025صُممت في الأصل لاستخدامها في وحدة معدات الحماية الشخصية لبوابة القمر ، والتي يتم إعادة استخدامها لطائرة SR-1 Freedom .
كينيتيك تي 6زينون4.64300145مستخدمة في بيبى كولومبو الأوروبية اليابانية . [ 63 ] [ 64 ]
محركات دفع تجريبية (لم تُنفذ أي مهمة حتى الآن)
دافعمادة دافعةالطاقة المدخلة (كيلوواط)الدفع النوعي (s)قوة الدفع (مللي نيوتن)كتلة المحرك النفاث (كجم)ملحوظات
تأثير هولالبزموت1.9 [ 65 ]1520 (مصعد) [ 65 ]143 (تفريغ) [ 65 ]
تأثير هولالبزموت25
تأثير هولالبزموت140
تأثير هولاليود0.2 [ 66 ]1510 (مصعد) [ 66 ]12.1 (تفريغ) [ 66 ]
تأثير هولاليود7 [ 67 ]1950 [ 67 ]413 [ 67 ]
هيببزينون20–50 [ 68 ]6000 –9000 [ 68 ]460–670 [ 68 ]
MPDTهيدروجين1500 [ 69 ]4900 [ 69 ]26300​
MPDTهيدروجين3750 [ 69 ]3500 [ 69 ]88500​
MPDTهيدروجين7500600060 ألف
ليلفابخار الليثيوم500407712000​
فيبالسيزيوم السائل6×10 −5 –0.066000 –10000 [ 36 ]​0.001–1 [ 36 ]
فاسيمرالأرجون2003000 –12000​تقريبًا5000 [ 70 ]620 [ 71 ]
CAT [ 72 ]زينون، يود، ماء [ 73 ]0.01690 [ 74 ] [ 75 ]1.1–2 (73  mN/kW) [ 73 ]<1 [ 73 ]
DS4Gزينون25019300​2500 كحد أقصى.5
كليمتكريبتون0.5 [ 76 ]4 [ 76 ]
ID-500زينون [ 77 ]32-357140375–750 [ 78 ]34.8للاستخدام في المجهر الإلكتروني النافذ

حياة

يتطلب الدفع المنخفض لمحركات الدفع الأيونية تشغيلاً متواصلاً لفترة طويلة لتحقيق التغيير اللازم في السرعة ( دلتا-في ) لمهمة معينة. صُممت محركات الدفع الأيونية لتوفير تشغيل متواصل لفترات تتراوح من أسابيع إلى سنوات.

عمر محركات الدفع الأيوني الكهروستاتيكية محدود بعدة عمليات.

عمر المحرك النفاث الشبكي

في التصاميم الشبكية الكهروستاتيكية، يمكن لأيونات تبادل الشحنات الناتجة عن أيونات الحزمة مع تدفق الغاز المحايد أن تتسارع نحو شبكة المسرع ذات الانحياز السالب، مما يؤدي إلى تآكلها. وينتهي عمر الشبكة عند انهيار بنيتها أو عندما تصبح الثقوب فيها كبيرة بما يكفي للتأثير بشكل كبير على استخلاص الأيونات، كما في حالة حدوث ارتداد الإلكترونات. ولا يمكن تجنب تآكل الشبكة، وهو العامل الرئيسي المحدد لعمرها الافتراضي. ويتيح التصميم الدقيق للشبكة واختيار المواد المناسبة عمرًا افتراضيًا يصل إلى 20,000 ساعة أو أكثر.

أظهر اختبارٌ لمحرك الدفع الأيوني الكهروستاتيكي التابع لبرنامج ناسا لتطبيقات تكنولوجيا الطاقة الشمسية (NSTAR) أنه يعمل بكامل طاقته لمدة 30,472 ساعة (ما يعادل 3.5 سنوات تقريبًا). وأشارت الفحوصات اللاحقة للاختبار إلى أن المحرك لم يكن على وشك التعطل. [ 79 ] [ 3 ] [ 4 ] وقد عمل محرك NSTAR لسنوات على متن مركبة داون الفضائية .

عمل مشروع ناسا للمحرك الزينوني التطوري (NEXT) بشكل متواصل لأكثر من 48,000 ساعة. [ 80 ] أُجري الاختبار في غرفة اختبار ذات فراغ عالٍ. وخلال فترة الاختبار، التي استمرت لأكثر من خمس سنوات ونصف، استهلك المحرك ما يقارب 870 كيلوغرامًا من وقود الزينون. ويتطلب إجمالي الدفع الناتج أكثر من 10,000 كيلوغرام من وقود الصواريخ التقليدي لتطبيق مماثل.

عمر دافع تأثير هول

تعاني محركات الدفع ذات تأثير هول من تآكل شديد في حجرة التفريغ الخزفية نتيجة اصطدام الأيونات عالية الطاقة: أظهر اختبار نُشر في عام 2010 تآكلًا يبلغ حوالي 1  مم لكل مائة ساعة من التشغيل، على الرغم من أن هذا لا يتوافق مع الأعمار المدارية المرصودة التي تبلغ بضعة آلاف من الساعات. [ 81 ]

من المتوقع أن يصل عمر نظام الدفع الكهربائي المتقدم (AEPS) إلى حوالي 5000 ساعة، ويهدف التصميم إلى تحقيق نموذج طيران يوفر عمرًا نصفيًا لا يقل عن 23000 ساعة [ 82 ] وعمرًا كاملاً يبلغ حوالي 50000 ساعة. [ 83 ]

المواد الدافعة

تمثل طاقة التأين نسبة كبيرة من الطاقة اللازمة لتشغيل محركات الأيونات. لذا، فإن الوقود المثالي سهل التأين وله نسبة عالية بين الكتلة وطاقة التأين. إضافةً إلى ذلك، يجب ألا يتسبب الوقود في تآكل المحرك بشكل كبير، مما يسمح بعمر تشغيلي طويل، كما يجب ألا يلوث المركبة. [ 84 ]

تستخدم العديد من التصاميم غاز الزينون ، لسهولة تأيينه، وارتفاع عدده الذري نسبيًا، وخموله الكيميائي، وانخفاض معدل تآكله. مع ذلك، يُعدّ الزينون نادرًا عالميًا وباهظ الثمن (حوالي 3000 دولار أمريكي للكيلوغرام الواحد في عام 2021). [ 85 ]

استخدمت بعض التصاميم القديمة لمحركات الدفع الأيوني وقود الزئبق . إلا أن الزئبق مادة سامة، وكان يميل إلى تلويث المركبات الفضائية، كما كان من الصعب تغذيته بدقة. قد يستخدم نموذج تجاري حديث الزئبق بنجاح [ 86 ]، ولكن تم حظر الزئبق رسميًا كوقود دافع في عام 2022 بموجب اتفاقية ميناماتا بشأن الزئبق [ 87 ] .

استُخدم الكريبتون بين عامي 2018 و2023 لتشغيل محركات الدفع ذات تأثير هول على متن أقمار ستارلينك للإنترنت، ويعود ذلك جزئيًا إلى انخفاض تكلفته مقارنةً بوقود الزينون التقليدي . [ 88 ] ومنذ ذلك الحين، تحولت أقمار ستارلينك V2-mini إلى استخدام محركات الدفع ذات تأثير هول التي تعمل بالأرجون ، مما يوفر دافعًا نوعيًا أعلى. [ 89 ]

تُظهر أنواع أخرى من الوقود الدافع، مثل البزموت واليود ، نتائج واعدة لكل من التصاميم غير الشبكية مثل محركات الدفع ذات تأثير هول، [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] ومحركات الدفع الأيونية الشبكية. [ 90 ]

استُخدم اليود كوقود دافع لأول مرة في الفضاء، في محرك الدفع الأيوني الشبكي NPT30-I2 من شركة ThrustMe ، على متن مهمة Beihangkongshi-1 التي أُطلقت في نوفمبر 2020، [ 91 ] [ 92 ] [ 93 ] ونُشر تقرير مفصل بعد عام في مجلة Nature . [ 94 ] كما يقترح محرك الدفع ثنائي القطب للمكعبات (CAT) المستخدم في مهمة مصفوفة أقمار أبحاث الغلاف الأيوني للمريخ (MARS-CAT) استخدام اليود الصلب كوقود دافع لتقليل حجم التخزين. [ 74 ] [ 75 ]

يُمكن تصميم محرك VASIMR (وغيره من المحركات التي تعمل بالبلازما) نظرياً استخدام أي مادة تقريباً كوقود دافع. ومع ذلك، تُظهر الاختبارات أن غاز الأرجون هو الوقود الأكثر عملية ، فهو متوفر بكثرة نسبياً ورخيص الثمن.

كفاءة الطاقة

رسم بياني يوضح  كفاءة الدفع اللحظية والكفاءة الإجمالية لمركبة تتسارع من السكون كنسبة مئوية من كفاءة المحرك. لاحظ أن ذروة كفاءة المركبة تحدث عند حوالي 1.6 ضعف سرعة العادم. 

كفاءة دافع الأيونات هي الطاقة الحركية لنفث العادم المنبعث في الثانية مقسومة على الطاقة الكهربائية الداخلة إلى الجهاز.

تُحدد كفاءة الطاقة الإجمالية للنظام بكفاءة الدفع ، التي تعتمد على سرعة المركبة وسرعة العادم. يمكن لبعض المحركات تغيير سرعة العادم أثناء التشغيل، ولكن يمكن تصميم جميعها بسرعات عادم مختلفة. عند الحد الأدنى للدفع النوعي ( Isp ) ، تنخفض الكفاءة الإجمالية لأن التأين يستهلك نسبة أكبر من الطاقة، بينما تنخفض كفاءة الدفع عند الحد الأعلى.

يمكن حساب الكفاءات المثلى وسرعات العادم لأي مهمة معينة للحصول على أقل تكلفة إجمالية.

المهام

تُستخدم محركات الدفع الأيونية في العديد من تطبيقات الدفع الفضائي. وتستفيد أفضل هذه التطبيقات من فترات المهمة الطويلة التي لا تتطلب قوة دفع كبيرة. ومن أمثلة ذلك: نقل المدارات، وتعديل وضعية المركبة ، وتعويض مقاومة الهواء في المدارات الأرضية المنخفضة ، والتعديلات الدقيقة للبعثات العلمية، ونقل الشحنات بين مستودعات الوقود ، مثل الوقود الكيميائي. كما يمكن استخدام محركات الدفع الأيونية في البعثات بين الكواكب والفضاء السحيق حيث لا تُعد معدلات التسارع عاملاً حاسماً. وتُعتبر هذه المحركات الحل الأمثل لهذه البعثات، إذ تتطلب تغييراً كبيراً في السرعة دون الحاجة إلى تسارع سريع. ويمكن للدفع المستمر لفترات طويلة أن يصل إلى سرعات عالية مع استهلاك كمية أقل بكثير من الوقود مقارنةً بالصواريخ الكيميائية التقليدية.

مركبات العرض التوضيحي

SERT

أُجريت أولى التجارب على أنظمة الدفع الأيوني في الفضاء من خلال مهمتي اختبار الصواريخ الكهربائية الفضائية (SERT-1) و(SERT-2A) التابعتين لوكالة ناسا (مركز غلين للأبحاث حاليًا). [29] انطلقت رحلة شبه مدارية لـ(SERT-1) في 20 يوليو 1964، وأثبتت بنجاح أن هذه التقنية تعمل كما هو متوقع في الفضاء. كانت هذه المحركات عبارة عن دافعات أيونية كهروستاتيكية تستخدم الزئبق والسيزيوم كمادة تفاعل . أما ( SERT - 2A ) ، التي انطلقت في 4 فبراير 1970، [ 18 ] [ 95 ] فقد تحققت من تشغيل محركين أيونيين من الزئبق لآلاف الساعات من التشغيل. [ 18 ]

المهام العملياتية

تُستخدم محركات الدفع الأيونية بشكل روتيني للحفاظ على موقع الأقمار الصناعية التجارية والعسكرية للاتصالات في المدار المتزامن مع الأرض. وقد كان الاتحاد السوفيتي رائداً في هذا المجال، حيث استخدم محركات الدفع البلازمية الثابتة على الأقمار الصناعية بدءاً من أوائل سبعينيات القرن الماضي.

استخدم قمران صناعيان ثابتان بالنسبة للأرض ( أرتميس التابع لوكالة الفضاء الأوروبية في الفترة 2001-2003 [ 96 ] ، والقمر الصناعي العسكري الأمريكي AEHF-1 في الفترة 2010-2012 [ 97 ] ) دافعًا أيونيًا لتغيير مدارهما بعد تعطل محرك الوقود الكيميائي. بدأت شركة بوينغ [ 98 ] استخدام الدوافع الأيونية للحفاظ على المدار في عام 1997، وخططت في الفترة 2013-2014 لتقديم نسخة معدلة من منصتها 702، بدون محرك كيميائي، مع استخدام الدوافع الأيونية لرفع المدار؛ مما يسمح بكتلة إطلاق أقل بكثير لنفس قدرة القمر الصناعي. استخدم القمر الصناعي AEHF-2 محركًا كيميائيًا لرفع نقطة الحضيض إلى 16,330 كيلومترًا (10,150 ميلًا) ، ثم انتقل إلى مدار متزامن مع الأرض باستخدام الدفع الكهربائي. [ 99 ]  

في مدار الأرض

محطة تيانغونغ الفضائية

محطة الفضاء الصينية تيانغونغ مزودة بمحركات دفع أيونية. وتُدفع وحدة تيانخه الأساسية بواسطة محركات دفع كيميائية وأربعة محركات دفع تعمل بتأثير هول، [ 100 ] تُستخدم لضبط مدار المحطة والحفاظ عليه. يُعتبر تطوير محركات الدفع بتأثير هول موضوعًا حساسًا في الصين، حيث يعمل العلماء على تحسين هذه التقنية دون لفت الانتباه. صُممت محركات الدفع بتأثير هول مع مراعاة سلامة المهمات المأهولة، وذلك لمنع التآكل والتلف الناتج عن الجسيمات الأيونية المتسارعة. وقد صُمم مجال مغناطيسي ودرع خزفي خاص لصد الجسيمات الضارة والحفاظ على سلامة محركات الدفع. ووفقًا للأكاديمية الصينية للعلوم ، فقد عمل محرك الدفع الأيوني المستخدم في تيانغونغ بشكل متواصل لمدة 8240 ساعة دون أي خلل، مما يدل على ملاءمته للعمر الافتراضي المحدد لمحطة الفضاء الصينية وهو 15 عامًا. [ 101 ] وهذا هو أول محرك دفع بتأثير هول يُستخدم في مهمة مأهولة في العالم. [ 8 ]

تستخدم كوكبة أقمار ستارلينك التابعة لشركة سبيس إكس محركات دفع تعمل بتأثير هول، وتستمد طاقتها من الكريبتون أو الأرجون، لرفع المدار، وإجراء المناورات، والخروج من المدار عند انتهاء استخدامها. [ 102 ]

GOCE

تم إطلاق مستكشف مجال الجاذبية ودوران المحيطات في الحالة المستقرة التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (GOCE) في 16 مارس 2009. وقد استخدم الدفع الأيوني طوال مهمته التي استمرت عشرين شهرًا لمكافحة مقاومة الهواء التي واجهها في مداره المنخفض (على ارتفاع 255 كيلومترًا) قبل أن يخرج من مداره عمدًا في 11 نوفمبر 2013.

في أعماق الفضاء

الفضاء العميق 1

طوّرت وكالة ناسا محرك NSTAR الأيوني لاستخدامه في مهمات العلوم بين الكواكب بدءًا من أواخر التسعينيات. وقد خضع لاختبارات فضائية على متن مسبار الفضاء Deep Space 1 ، الذي أُطلق عام 1998. وكان هذا أول استخدام للدفع الكهربائي كنظام دفع بين الكواكب في مهمة علمية. [ 29 ] واستنادًا إلى معايير تصميم ناسا، طوّرت مختبرات هيوز للأبحاث نظام الدفع الأيوني بالزينون (XIPS) للحفاظ على موقع الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض . [ 103 ] وقامت شركة هيوز (قسم تطوير الإلكترونيات) بتصنيع دافع NSTAR المستخدم في المركبة الفضائية.

هايابوسا وهايابوسا 2

أُطلق مسبار هايابوسا الفضائي التابع لوكالة استكشاف الفضاء اليابانية عام 2003، والتقى بالكويكب 25143 إيتوكاوا . كان المسبار يعمل بأربعة محركات أيونية من الزينون، تستخدم رنين السيكلوترون الإلكتروني الميكروي لتأيين الوقود، بالإضافة إلى شبكة تسريع مصنوعة من مادة الكربون/مركب الكربون المقاوم للتآكل. [ 104 ] على الرغم من أن المحركات الأيونية في هايابوسا واجهت صعوبات فنية، إلا أن إعادة ضبطها أثناء الطيران سمحت بإصلاح أحد المحركات الأربعة، مما مكّن المهمة من العودة بنجاح إلى الأرض. [ 105 ]

تم إطلاق مركبة هايابوسا 2 في عام 2014، وكانت مبنية على أساس مركبة هايابوسا. كما استخدمت محركات الدفع الأيونية. [ 106 ]

سمارت 1

أُطلق القمر الصناعي SMART-1 التابع لوكالة الفضاء الأوروبية عام 2003 باستخدام محرك دفع هول من طراز Snecma PPS-1350 -G للانتقال من المدار الانتقالي الثابت بالنسبة للأرض إلى مدار قمري. وأتمّ هذا القمر الصناعي مهمته في 3 سبتمبر 2006، باصطدام مُتحكم به على سطح القمر ، بعد تغيير مساره ليتمكن العلماء من رؤية الفوهة التي يبلغ قطرها 3 أمتار والتي أحدثها الاصطدام على الجانب المرئي من القمر.

فَجر

انطلقت المركبة الفضائية "دون" في 27 سبتمبر 2007 لاستكشاف الكويكب "فيستا" والكوكب القزم "سيريس" . استخدمت المركبة ثلاثة محركات دفع أيونية من نوع زينون، وهي من طراز "ديب سبيس 1" (تعمل بالتناوب).يستطيع محرك الدفع الأيوني لـ " دون " التسارع من 0 إلى 97 كم/ساعة (60 ميل/ساعة) خلال 4 أيام من التشغيل المتواصل. [ 107 ] انتهت المهمة في 1 نوفمبر 2018، عندما نفد وقود الهيدرازين الكيميائي من المركبة لتشغيل محركات التوجيه. [ 108 ]  

ليزا باثفايندر

مركبة LISA Pathfinder هي مركبة فضائية تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية أُطلقت عام 2015 لتدور حول نقطة لاغرانج الأولى (L1) بين الشمس والأرض. لا تستخدم هذه المركبة محركات الدفع الأيونية كنظام دفع أساسي، بل تعتمد على محركات الدفع الغروانية وتقنية FEEP للتحكم الدقيق في وضعيتها ، حيث تُمكّن قوة الدفع المنخفضة لهذه الأجهزة المركبة من التحرك لمسافات متزايدة بدقة. تُعدّ هذه المركبة اختبارًا لمهمة LISA ، وقد انتهت مهمتها في 30 ديسمبر 2017.

بيبي كولومبو

تم إطلاق مهمة بيبى كولومبو التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية إلى عطارد في 20 أكتوبر 2018. [ 109 ] وهي تستخدم محركات الدفع الأيونية بالاشتراك مع عمليات التحليق للوصول إلى عطارد، حيث سيكمل صاروخ كيميائي عملية إدخال المدار.

اختبار إعادة توجيه الكويكب المزدوج

تم إطلاق اختبار إعادة توجيه الكويكب المزدوج التابع لناسا (DART) في عام 2021، وقام بتشغيل محرك الدفع الأيوني بالزينون NEXT-C لمدة 1000 ساعة تقريبًا للوصول إلى الكويكب المستهدف في 28 سبتمبر 2022.

النفس

تم إطلاق مركبة ناسا الفضائية "سايكي" في عام 2023، وهي تعمل بمحركها النفاث الأيوني زينون SPT-140 من أجل الوصول إلى الكويكب 16 سايكي في أغسطس 2029.

تيانوين-2

أُطلق القمر الصناعي تيان وين-2 التابع لوكالة الفضاء الصينية في مايو 2025، [ 110 ] لاستكشاف الكويكب القريب من الأرض 469219 كامو أواليوا الذي يدور في نفس المدار ، والكويكب النشط 311P/بان ستارز، وجمع عينات من التربة السطحية لكامو أواليوا. [ 111 ]

المهام المقترحة

قطة المريخ

مهمة MARS-CAT (مصفوفة أقمار أبحاث الغلاف الأيوني للمريخ باستخدام دافع CubeSat ثنائي القطب) هي مهمة تجريبية لقمرين صناعيين من نوع CubeSat بحجم 6U لدراسة الغلاف الأيوني للمريخ. تهدف المهمة إلى دراسة بنية البلازما والمجال المغناطيسي، بما في ذلك بنى البلازما العابرة، وبنية المجال المغناطيسي، والنشاط المغناطيسي، وعلاقته بعوامل الرياح الشمسية. [ 74 ] يُعرف دافع CAT الآن باسم دافع RF ، ويتم تصنيعه بواسطة شركة Phase Four. [ 75 ]

مهمات بين النجوم

اقترح جيفري أ. لانديس استخدام محرك دفع أيوني يعمل بواسطة ليزر فضائي، بالتزامن مع شراع ضوئي، لدفع مسبار بين النجوم. [ 112 ] [ 113 ]

المهام الملغاة

محطة الفضاء الدولية

اعتبارًا من مارس 2011 كان إطلاق محرك الدفع الكهرومغناطيسي VF-200 من طراز VASIMR بقوة 200 كيلوواط التابع لشركة أد أسترا قيد الدراسة لاختباره على متن محطة الفضاء الدولية . [ 114 ] [ 115 ] إلا أن وكالة ناسا أوقفت في عام 2015 خطط إرسال VF-200 إلى محطة الفضاء الدولية. وصرح متحدث باسم ناسا بأن محطة الفضاء الدولية "لم تكن منصة مثالية لعرض مستوى الأداء المطلوب للمحركات". وأكدت أد أسترا أن اختبار محرك VASIMR على متن محطة الفضاء الدولية سيظل خيارًا مطروحًا بعد إجراء تجربة عملية في الفضاء مستقبلًا. [ 44 ]

كان من المفترض أن يكون محرك VF-200 نسخةً مُخصصةً للطيران من محرك VX-200 . [ 116 ] [ 117 ] ونظرًا لأن الطاقة المُتاحة من محطة الفضاء الدولية تقل عن 200  كيلوواط، لكان محرك VASIMR الخاص بالمحطة مزودًا بنظام بطاريات يُشحن ببطء، مما يسمح بنبضات دفع لمدة 15 دقيقة. تدور محطة الفضاء الدولية على ارتفاع منخفض نسبيًا وتتعرض لمستويات عالية من مقاومة الغلاف الجوي ، مما يتطلب زيادة دورية في الارتفاع - لذا فإن وجود محرك عالي الكفاءة (دافع نوعي عالٍ) للحفاظ على الموقع سيكون ذا قيمة كبيرة؛ نظريًا، يمكن أن يؤدي إعادة تعزيز محرك VASIMR إلى خفض تكلفة الوقود من 210 ملايين دولار أمريكي سنويًا إلى عُشر التكلفة الحالية. [ 114 ] من الناحية النظرية، يمكن لمحرك VASIMR استخدام 300 كيلوغرام فقط  من غاز الأرجون للحفاظ على محطة الفضاء الدولية في موقعها بدلاً من 7500  كيلوغرام من الوقود الكيميائي. إذ أن سرعة العادم العالية ( الدفع النوعي العالي ) ستحقق نفس التسارع بكمية أقل من الوقود، مقارنةً بالدفع الكيميائي الذي يتطلب سرعة عادم أقل وكمية أكبر من الوقود. [ 118 ] يُنتج الهيدروجين بواسطة محطة الفضاء الدولية كمنتج ثانوي ويُطلق في الفضاء.

عملت ناسا سابقًا على  محرك دفع بتأثير هول بقوة 50 كيلو وات لمحطة الفضاء الدولية، ولكن تم إيقاف العمل في عام 2005. [ 118 ]

بوابة القمر

وحدة الطاقة والدفع (PPE) هي وحدةٌ في بوابة القمر تُوفر توليد الطاقة وقدرات الدفع. كان من المُخطط إطلاقها على متن صاروخ فالكون الثقيل في موعدٍ لا يتجاوز عام 2027. [ 119 ] وكان من المُحتمل أن تستخدم نظام الدفع الكهربائي المُتقدم  (AEPS) بقدرة 50 كيلوواط ، والذي كان قيد التطوير في مركز أبحاث غلين التابع لناسا وشركة إيروجيت روكيتداين . [ 82 ] إلا أن ناسا قررت إلغاء مشروع بوابة القمر في عام 2026، وحوّلت تركيزها بدلاً من ذلك إلى بناء قاعدة على سطح القمر ، مما جعل مستقبل هذا المُحرك غير واضح. [ 120 ]

  • ظهرت فكرة المحرك الأيوني لأول مرة في كتاب دونالد دبليو هورنر " عن طريق الطائرة إلى الشمس: مغامرات طيار جريء وأصدقائه " (1910). [ 121 ]
  • يُعدّ الدفع الأيوني المصدر الرئيسي للدفع في المركبة الفضائية "كوزموكراتور" في فيلم الخيال العلمي الألماني الشرقي/البولندي " دير شفايغندي شتيرن" (1960). [ 122 ] الدقيقة 28:10.
  • في حلقة " دماغ سبوك " من مسلسل ستار تريك عام 1968، يُعجب سكوتي مرارًا وتكرارًا باستخدام حضارة ما لطاقة الأيونات. [ 123 ]
  • تُدفع مركبات الفضاء الإمبراطورية من طراز TIE Fighter من سلسلة حرب النجوم بواسطة محركين أيونيين، ومن هنا جاء الاسم .
  • تستخدم مركبة هيرميس الفضائية في رواية آندي وير "المريخي" نظام الدفع الأيوني لنقل الطاقم بين الأرض والمريخ. [ 124 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ جان، روبرت ج. (1968). فيزياء الدفع الكهربائي (  الطبعة الأولى). شركة ماكجرو هيل للنشر. رقم ISBN 978-0-07-032244-8.إعادة طبع: جان، روبرت ج. (2006). فيزياء الدفع الكهربائي . منشورات دوفر. رقم ISBN 978-0-486-45040-7.
  2. ↑ جان، روبرت ج.؛ شويري، إدغار ي. (2003). "الدفع الكهربائي" (ملف PDF) . موسوعة العلوم الفيزيائية والتكنولوجيا . المجلد 5 ( الطبعة الثالثة). دار النشر الأكاديمية. الصفحات 125-141 . ISBN    978-0-12-227410-7تمت أرشفة الملف (PDF) من النسخة الأصلية في 10 أكتوبر 2022.
  3. 1 2 3 4 "شويري، إدغار ي.، (2009) فجر جديد للصواريخ الكهربائية: محرك الأيونات" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 10 أكتوبر 2022.
  4. 1 2 3 4 5 6 7 شويري، إدغار ي. (2009). "فجر جديد للصواريخ الكهربائية". مجلة ساينتفك أمريكان . 300 (2): 58-65 . Bibcode : 2009SciAm.300b..58C . doi : 10.1038/scientificamerican0209-58 . PMID 19186707 . 
  5. ↑ "محرك الدفع الأيوني الجديد التابع لناسا يحطم الأرقام القياسية، وقد ينقل البشر إلى المريخ" . futurism.com . 13 أكتوبر 2017.
  6. ↑ رايمان، مارك د. (2002). "الاختتام الناجح لمهمة ديب سبيس 1: نتائج مهمة دون عنوان براق" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي الثالث والخمسون للملاحة الفضائية/مؤتمر الفضاء العالمي . رمز Bibcode : 2002iaf..confE.719R . خلال الرحلة، سجل نظام IPS ما مجموعه 16265 ساعة تشغيل، واستهلك 73.4 كجم من غاز الزينون لتحقيق سرعة ∆v = 4.3 كم/ث.
  7. ↑ هالدنوانغ، جيم. "استكشاف الإنسان للمريخ" . صفحة جيم للعلوم . تم الاطلاع عليه في 3 مايو 2019 .
  8. 1 2张 (تشانغ)، 保淑 (باوشو) (21 يونيو 2021). "配置4台霍尔电推进发动机"天宫"掀起太空动力变革[ محرك تأثير هول لـTiangong يطلق ثورة محرك الفضاء ] " .中国新闻网(بالصينية). مؤرشفة من الأصلي في 6 يوليو 2021 . تم الاسترجاع في 18 يوليو 2021 .
  9. ↑ "محركات الأيونات: خيال علمي أم حقيقة علمية؟" . www.esa.int .
  10. ↑ https://siarchives.si.edu/history/featured-topics/stories/march-1920-report-concerning-further-developments-space-travel#:~:text=Experiments%20were%20performed%20at%20Clark%20College%20in%201916%2D1917%20for%20the%20purpose%20of%20introducing%20negatively%20charged%20particles%20(electrons%2C%20in%20this%20particular%20case)%20into%20a%20rapidly%20moving%20jet%20of%20air%2C%20at%20atmospheric%20pressure .
  11. ↑ "الدفع الأيوني - أكثر من 50 عامًا من التطوير" . Science@NASA . مؤرشف من الأصل في 27 مارس 2010.
  12. ^ وولف ، ك. (1 ديسمبر 1931). "Wege zur Raumschiffahrt" . Monatshefte für Mathematik und Physik (باللغة الألمانية). 38 (1): أ58. دوى : 10.1007/BF01700815 . ردمك 1436-5081 . S2CID 115467575 .  
  13. ↑ شويري، إي واي "تاريخ نقدي للدفع الكهربائي: الخمسون عامًا الأولى (1906-1956)" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 10 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 18 أكتوبر 2016 .
  14. ↑ ويليامسون، جاك (مارس 1947)، "المعادل"؛ الخيال العلمي المذهل .
  15. ↑ "مساهمات في مهمة الفضاء العميق 1" . ناسا. 14 أبريل 2015.المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  16. ↑ سيبولسكي، رونالد جيه؛ شيلهامر، دانيال إم؛ لوفيل، روبرت آر؛ دومينو، إدوارد جيه؛ كوتنيك، جوزيف تي (1965). "نتائج اختبار طيران صاروخ أيوني SERT I" (ملف PDF) . ناسا . NASA-TN-D-2718. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022.المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  17. 1 2 "محركات مبتكرة - أبحاث غلين للدفع الأيوني تُروض تحديات السفر الفضائي في القرن الحادي والعشرين" . مؤرشف من الأصل في 15 سبتمبر 2007. تم الاطلاع عليه في 19 نوفمبر 2007 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  18. 1 2 3 "اختبار الصاروخ الكهربائي الفضائي الثاني (SERT II)" . مركز أبحاث غلين التابع لناسا . مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه في 1 يوليو 2010 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  19. ↑ "فهرس موسوعة رواد الفضاء: 1" . www.astronautix.com . 25 أكتوبر 2010. تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2024 .
  20. ↑ صديقي، آصف أ. (2000). تحدي أبولو: الاتحاد السوفيتي وسباق الفضاء، 1945-1974 (ملف PDF) . ناسا. ص 423. 
  21. ↑ "محركات الدفع الكهربائية المحلية اليوم" (باللغة الروسية). نوفوستي كوسمونافتيكي. 1999. مؤرشف من الأصل في 6 يونيو 2011.
  22. ↑ "الدفع الأيوني: أبعد، أسرع، أرخص" . ناسا . مؤرشف من الأصل في 11 نوفمبر 2020. تم الاطلاع عليه في 4 فبراير 2022 .
  23. 1 2 3 4 شيغا، ديفيد (28 سبتمبر 2007). "محرك أيوني من الجيل التالي يحقق رقماً قياسياً جديداً في قوة الدفع" . مجلة نيو ساينتست . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2 فبراير 2011 .
  24. ↑ "العلوم والتكنولوجيا في وكالة الفضاء الأوروبية - الدفع الكهربائي للمركبات الفضائية" . sci.esa.int . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 مايو 2024 .
  25. ↑ مازوفري (2016). "الدفع الكهربائي للأقمار الصناعية والمركبات الفضائية: التقنيات الراسخة والأساليب الجديدة" . مجلة مصادر البلازما للعلوم والتكنولوجيا . 25 (3) 033002. رمز Bibcode : 2016PSST...25c3002M . doi : 10.1088/0963-0252/25/3/033002 . S2CID 41287361. تاريخ الاسترجاع: 29 يوليو 2021 . 
  26. ↑ "لقطة تاريخية من القمر الصناعي 601" . بوينغ . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يوليو 2021 .
  27. ↑ "الدفع الكهربائي في صناعة الطيران والفضاء | مؤسسة الطيران والفضاء" . www.aerospace.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 أبريل 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أبريل 2016 .
  28. ↑ "نظام الدفع الأيوني بالزينون (XIPS)" . www.daviddarling.info . تم ​​الاطلاع عليه بتاريخ 10 أبريل 2016 .
  29. 1 2 3 J. S. Sovey, VK Rawlin, and MJ Patterson, "Ion Propulsion Development Projects in US: Space Electric Rocket Test 1 to Deep Space 1", Journal of Propulsion and Power, Vol. 17 , No 3, May–Unune 2001, pp. 517–526.
  30. ↑ "اختبار صاروخ فضائي كهربائي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27 سبتمبر 2011. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 يوليو 2010 .
  31. ↑ سانغريغوريو، ميغيل؛ شي، كان (2017). "شبكات محركات الأيونات: الوظيفة، والمعايير الرئيسية، والمشاكل، والتكوينات، والهندسة، والمواد، وطرق التصنيع" . المجلة الصينية للملاحة الجوية . 31 (8): 1635-1649 . doi : 10.1016/j.cja.2018.06.005 .
  32. ↑ «وكالة الفضاء الأوروبية والجامعة الوطنية الأسترالية تحققان إنجازاً هاماً في مجال دفع المركبات الفضائية» (بيان صحفي). وكالة الفضاء الأوروبية. ١١ يناير ٢٠٠٦. تاريخ الاطلاع: ٢٩ يونيو ٢٠٠٧ .
  33. ↑ مجموعة بلازما الفضاء والطاقة والدفع في الجامعة الوطنية الأسترالية (6 ديسمبر 2006). "الجامعة الوطنية الأسترالية ووكالة الفضاء الأوروبية تحققان إنجازًا رائدًا في مجال دفع المركبات الفضائية" . الجامعة الوطنية الأسترالية. مؤرشف من الأصل في 27 يونيو 2007. تم الاطلاع عليه في 30 يونيو 2007 .
  34. ↑ أوليسون، إس آر؛ سانكوفيتش، جيه إم "نظام الدفع الكهربائي المتقدم بتقنية هول للنقل الفضائي المستقبلي" (ملف PDF) . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 22 يناير 2004. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2007 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  35. ↑ "FEEP - الدفع الكهربائي بانبعاث المجال" . مؤرشف من الأصل في 18 يناير 2012. تم الاطلاع عليه في 27 أبريل 2012 .
  36. 1 2 3 4 5 ماركوتشيو، س.؛ وآخرون . "الأداء التجريبي للمحركات النفاثة الدقيقة ذات الانبعاث الميداني" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 20 مايو 2013. تم الاطلاع عليه في 27 أبريل 2012 . 
  37. ↑ ماريس-ريدينغ، كولين؛ بولك، جاي؛ مولر، يورغن؛ أوينز، آل. "معادلة حزمة الأيونات في دافع In-FEEP باستخدام كاثودات الانبعاث الحراري والميداني" ( ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 13 أكتوبر 2006. تم استرجاعه في 21 نوفمبر 2007. تنتقل الأيونات من الحالة السائلة إلى ساق الإبرة عبر مجال كهربائي عالي، حيث تعمل هذه المجالات على تشويه السائل واستخلاص الأيونات وتسريعها حتى 130 كم/ث عبر 10 كيلو فولت.المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  38. ↑ ميكيليدس، بافلوس ج. "الدافع الاستقرائي النبضي (PIT): النمذجة والتحقق باستخدام برنامج MACH2" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10 أكتوبر 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2007 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  39. ↑ سانكاران، ك.؛ كاسادي، ل.؛ كوديس، أ.د.؛ شويري، إ.ي. (2004). "دراسة استقصائية لخيارات الدفع لبعثات الشحن والبعثات المأهولة إلى المريخ" ( ملف PDF) . حوليات أكاديمية نيويورك للعلوم . 1017 (1): 450-467 . Bibcode : 2004NYASA1017..450S . doi : 10.1196/annals.1311.027 . PMID 15220162. S2CID 1405279. مؤرشف (PDF) من الأصل في 10 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 18 أكتوبر 2016 .  
  40. ↑ لابوينت، مايكل ر.؛ ميكيليدس، بافلوس ج. "تطوير دافع MPD عالي الطاقة في مركز أبحاث ناسا جلين" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 11 أكتوبر 2006. تم الاطلاع عليه في 21 نوفمبر 2007 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  41. ↑ كونلي، بوفورد راي (22 مايو 1999). "استخدام الغاز المحيط كوقود دافع للدفع الكهربائي في المدار الأرضي المنخفض" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 29 يونيو 2011.
  42. ↑ ""В Воронебе создали двигатель для Marsa" في مدونة "Perspectivenые разработки, НИОКРы, изобreтения" - Сделано у нас" (بالروسية). في 17 ديسمبر 2013.
  43. ↑ إمسليم، غريغوري د. "تطوير محرك دفع عالي الطاقة بدون أقطاب كهربائية" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 15 مايو 2008. تم الاطلاع عليه في 21 نوفمبر 2007 .
  44. 1 2 إيرين كلوتز (17 مارس 2015). ناسا تلغي اختبار صاروخ أد أسترا على محطة الفضاء الدولية (أخبار SEN).
  45. ↑ زيغا، ليزا (2009). "صاروخ بلازما قد يسافر إلى المريخ في 39 يومًا" . Phys.org .
  46. ↑ "وقود أقل، قوة دفع أكبر: تصميم محركات جديدة للفضاء السحيق". صحيفة أروجوس برس . المجلد 128، العدد 48. أوسو، ميشيغان. 26 فبراير 1982. ص 10.   
  47. ↑ تشانغ، وينوو؛ ليو، تشن؛ يانغ، يانغ؛ دو، شييو (2016). "إعادة النظر في دفع الجسيمات بسرعات قريبة من سرعة الضوء باستخدام تحلل ألفا" . الإشعاع التطبيقي والنظائر . 114 : 14-18 . Bibcode : 2016AppRI.114...14Z . doi : 10.1016/j.apradiso.2016.04.005 . PMID 27161512 . 
  48. ↑ "الدفع الأيوني" . مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 1999.
  49. ↑ بولك ج، كاكودا ر، أندرسون ج، بروفي ج، راولين ف، باترسون م، سوفي ج، هاملي ج (8 يناير 2001). "أداء نظام الدفع الأيوني NSTAR في مهمة ديب سبيس ون" (ملف PDF) . المؤتمر والمعرض التاسع والثلاثون لعلوم الفضاء : 965. doi : 10.2514/6.2001-965 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 16 سبتمبر 2021 .
  50. 1 2 زوندي، ديفيد. "محرك الدفع الأيوني NEXT التابع لناسا يعمل لمدة خمس سنوات ونصف دون توقف ليسجل رقماً قياسياً جديداً" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 يونيو 2013 .
  51. ↑ شميدت، جورج ر.؛ باترسون، مايكل ج.؛ بنسون، سكوت و. "محرك الزينون التطوري التابع لناسا (NEXT): الخطوة التالية لدفع المركبات الفضائية الأمريكية في الفضاء السحيق" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية في 9 أكتوبر 2022.
  52. ١ ٢ هيرمان، دانيال أ. (٣-٧ مايو ٢٠١٠)، "معلم هام في مشروع ناسا لمحرك الزينون التطوري (NEXT): إنتاجية الوقود الدافعة: الأداء، والتآكل، وتوقعات عمر خدمة المحرك بعد ٤٥٠ كجم" (ملف PDF) ، الاجتماع السابع والخمسون المشترك بين الجيش والبحرية وناسا والقوات الجوية (JANNAF) للدفع ، كولورادو سبرينغز، كولورادو، الولايات المتحدة: مركز أبحاث ناسا - جلين، مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في ٩ أكتوبر ٢٠٢٢ ، تم استرجاعه في ٨ مارس ٢٠١٤المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  53. ↑ شاستري ر، سولاس ج، أوليسيو م، شميدت ج (25 سبتمبر 2017). "حالة مشروع تطوير نظام الدفع الأيوني NEXT-C التابع لناسا" (ملف PDF) . المؤتمر الدولي الثامن والستون للملاحة الفضائية . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 16 سبتمبر 2021 .
  54. 1 2 3 4 بينيت، جاي (24 أكتوبر 2017). ""محرك المريخ يحطم الأرقام القياسية في مجال الدفع الأيوني" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مايو 2021 .
  55. ↑ "تحديث "السفر في الفضاء السحيق: محرك الأيونات X3 لعام 2021" . 25 نوفمبر 2020. مؤرشف من الأصل في 2 يونيو 2021. تم الاطلاع عليه في 30 مايو 2021 .
  56. 1 2 "X3 – دافع هول ذو القناة المتداخلة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مايو 2021 .
  57. ↑ نظرة عامة على برنامج نظام أيون الزينون الكهربائي النووي (NEXIS) (2006). مؤرشف بتاريخ 22 مايو 2011 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) . 10 فبراير 2006 (بولك، جاي إي.، غوبل، دون. بروفي، جون آر.، بيتي، جون.، مونهايزر، جيه.، جايلز، دي.). المشاع العلمي
  58. ↑ محرك الدفع الأيوني بترددات الراديو من أستريوم، طراز RIT-22، من إنتاج شركة EADS أستريوم. مؤرشف بتاريخ 13 يونيو 2009 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  59. ↑ "محرك الدفع ذو تأثير هول من نوع BHT-8000 Busek" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 9 أكتوبر 2022.
  60. 1 2 3 رافالسكي، دميترو؛ مارتينيز، خافيير مارتينيز؛ هابل، لوي؛ وزورزولي روسي، إيلينا؛ بروينوف، بلامين؛ بوريه، أنطوان؛ باريت، توماس. بويت، أنطوان؛ لافلور، تريفور؛ دودين، ستانيسلاف؛ أنيسلاند ، آن (2021). " عرض توضيحي في المدار لنظام الدفع الكهربائي باليود " . طبيعة . 599 (7885): 411– 415. بيب كود : 2021Natur.599..411R . دوى : 10.1038/s41586-021-04015-y . بمك 8599014 . بميد 34789903 .  
  61. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ ٦ ٧ ٨ "سبيس إكس على متن إكس: "من بين التحسينات الأخرى، تم تجهيز مركبات V2 الصغيرة بمحركات دفع هول جديدة تعمل بغاز الأرجون للمناورة في المدار. طورها مهندسو سبيس إكس، وتتميز بقوة دفع تبلغ ٢.٤ ضعفًا ونبضة نوعية تبلغ ١.٥ ضعفًا مقارنةً بمحركات الجيل الأول. ستكون هذه أيضًا المرة الأولى التي يتم فيها تشغيل محركات دفع هول تعمل بغاز الأرجون في الفضاء. المواصفات الفنية لمحرك دفع هول يعمل بغاز الأرجون: - قوة دفع ١٧٠ ملي نيوتن - نبضة نوعية ٢٥٠٠ ثانية - كفاءة إجمالية ٥٠٪ - قدرة ٤.٢ كيلو واط - كتلة ٢.١ كجم - مهبط مثبت في المنتصف"" . تويتر . 26 فبراير 2023. مؤرشف من الأصل في 1 مارس 2023.
  62. ↑ "حالة أنظمة الدفع الكهربائي المتقدمة لبعثات الاستكشاف" . شركة Aerojet Rocketdyne – عبر ResearchGate.
  63. ↑ تأهيل محرك الدفع T6 لمهمة بيبى كولومبو، مؤرشف في 12 أغسطس 2016 على موقع Wayback Machine، بقلم: آر. إيه. لويس، جيه. بيريز لونا، إن. كومبس. المؤتمر الدولي الثلاثون لتكنولوجيا وعلوم الفضاء، والمؤتمر الدولي الرابع والثلاثون للدفع الكهربائي، والندوة السادسة للأقمار النانوية، هيوغو-كوبي، اليابان، 4-10 يوليو 2015
  64. ↑ بنية وأداء نظام الدفع الكهربائي T6 وT5 بتقنية الدفع الأيوني من شركة كينيتيك. مؤرشف بتاريخ 15 ديسمبر 2017 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine). مارك هاتشينز، هيو سيمبسون. الندوة الدولية الثلاثون لتكنولوجيا وعلوم الفضاء، والمؤتمر الدولي الرابع والثلاثون للدفع الكهربائي، والندوة السادسة للأقمار النانوية، هيوغو-كوبي، اليابان، 4-10 يوليو 2015.
  65. 1 2 3 4 Szabo, J., Robin, M., Paintal, Pote, B., S., Hruby, V., "High Density Hall Thruster Propellant Investigations", 48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA Paper 2012-3853, July 2012.
  66. 1 2 3 4 سزابو، ج.؛ بوت، ب.؛ بينتال، س.؛ روبن، م.؛ هيلير، أ.؛ برانام، ر.؛ هوفمان، ر. (2012). "تقييم أداء دافع هول بخار اليود". مجلة الدفع والطاقة . 28 (4): 848-857 . doi : 10.2514/1.B34291 .
  67. 1 2 3 4 سزابو، ج.؛ روبن، م.؛ بينتال، س.؛ بوت، ب.؛ هروبي، ف.؛ فريمان، س. (2015). "نتائج اختبار دفع بلازما اليود عند 1-10 كيلوواط". معاملات IEEE في علوم البلازما . 43 (1): 141-148 . Bibcode : 2015ITPS...43..141S . doi : 10.1109/TPS.2014.2367417 . S2CID 42482511 . 
  68. 1 2 3 "برنامج الدفع الكهربائي عالي الطاقة (HiPEP)" . ناسا . 22 ديسمبر 2008. مؤرشف من الأصل في 5 مارس 2009.المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  69. ١ ٢ ٣ ٤ جيمس س. سوفي وماريس أ. مانتينيكس (يناير ١٩٨٨). "تقييم أداء وعمر تقنية دافع القوس MPD" (ملف PDF) . ص ١١. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في ٩ أكتوبر ٢٠٢٢. تم الاطلاع عليه في ٩ مايو ٢٠١٩ . المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  70. ↑ أداء VASIMR VX-200 وقدرة SEP على المدى القريب لرحلة المريخ غير المأهولة مؤرشفة في 2011-03-11 في Wayback Machine ، تيم جلوفر، ندوة المستقبل في عمليات الفضاء (FISO)، 2011-01-19، تم الوصول إليها في 2011-01-31.
  71. ↑ سكوير، جاريد؛ كارتر، مارك؛ دياز، فرانكلين؛ جيامبوسو، ماثيو؛ غلوفر، تيم؛ إيلين، أندرو؛ أوغيلفي-أرايا، خورخي؛ أولسن، كريستوفر؛ بيرينغ، إدغار؛ لونغمير، بنجامين (25 يونيو 2021). "دراسة كتلة نظام محرك رحلات الفضاء VASIMR® وتوسيع نطاقه مع الطاقة" - عبر ResearchGate.
  72. ↑ مايك وول (8 يوليو 2013). "محرك فضائي جديد قد يحوّل الأقمار الصناعية الصغيرة إلى مستكشفين بين الكواكب" . Space.com . تم الشراء . تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يونيو 2015 .
  73. ١ ٢ ٣ "محركات الدفع PEPL: محرك دفع ثنائي القطب للأقمار الصناعية المكعبة" . pepl.engin.umich.edu . جامعة ميشيغان. مؤرشف من الأصل في ١٢ مايو ٢٠١٥. تم الاطلاع عليه في ٢٥ يونيو ٢٠١٥ .
  74. 1 2 3 "تنفيذ مهمة MARS-CAT" . marscat.space . كلية العلوم الطبيعية والرياضيات، جامعة هيوستن. مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 يونيو 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 يونيو 2015 .
  75. 1 2 3 "المرحلة الرابعة: نظام دفع المركبات الفضائية الذي يغير قواعد اللعبة" . phasefour.io . تم ​​الاطلاع عليه بتاريخ 5 يونيو 2017 .
  76. 1 2 "محرك دفع يعمل بتأثير هول الكريبتوني للدفع الفضائي" . IFPiLM.pl . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 يناير 2014 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  77. ↑ "وحدة النقل والطاقة: قاطرة السياسة الاقتصادية الجديدة لروسيا" . بيوند نيرفا . 29 يناير 2020. مؤرشف من الأصل في 27 نوفمبر 2020. تم الاطلاع عليه في 16 نوفمبر 2020 .
  78. ↑ تيسلينكو، فلاديمير (31 أغسطس 2015). "أنظمة الدفع النووي الفضائي أصبحت ممكنة الآن فقط في روسيا (باللغة الروسية)" . كوميرسانت .
  79. ↑ "التحليل الفيزيائي التخريبي للكاثودات المجوفة من محرك الأيونات الاحتياطي لرحلة الفضاء العميق 1، اختبار عمر 30,000 ساعة" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 27 فبراير 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 21 نوفمبر 2007 .المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  80. ↑ "محرك دافع تابع لوكالة ناسا يحقق رقماً قياسياً عالمياً - أكثر من 5 سنوات من التشغيل" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يونيو 2012 .
  81. ↑ "نظرة فاحصة على دافع البلازما الثابت" (ملف PDF) . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022.
  82. 1 2 دانيال أ. هيرمان، تود أ. توفيل، والتر سانتياغو، هاني كامهاوي، جيمس إي. بولك، جون س. سنايدر، ريتشارد ر. هوفر، فرانك كيو. بيشا، جيري جاكسون، وماي ألين. نظرة عامة على تطوير وتطبيق نظام الدفع الكهربائي المتقدم (AEPS) في المهمات الفضائية ، ناسا/TM—2018-219761، المؤتمر الدولي الخامس والثلاثون للدفع الكهربائي، أتلانتا، جورجيا، 8-12 أكتوبر 2017، تاريخ الوصول: 27 يوليو 2018.
  83. ↑ شركة Aerojet Rocketdyne توقع عقدًا لتطوير نظام دفع كهربائي متقدم لوكالة ناسا. مؤرشف في 28 سبتمبر 2018 في Wayback Machine. بيان صحفي لشركة Aerojet Rocketdyne، 28 أبريل 2016. تاريخ الوصول: 27 يوليو 2018.
  84. ^ ساتون وبيبلارز، عناصر الدفع الصاروخي ، الطبعة السابعة.
  85. ↑ " اختبار مركبة فضائية تعمل باليود في المدار لأول مرة في نوفمبر 2021" . مجلة كوزموس . 18 نوفمبر 2021.
  86. ↑ إلجين، بن (19 نوفمبر 2018). "هذه الشركة الناشئة في وادي السيليكون في مجال الفضاء قد تُلوّث الغلاف الجوي بالزئبق" . بلومبيرغ نيوز . تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 نوفمبر 2018 .
  87. ↑ كوزيول، مايكل (19 أبريل 2022). "الأمم المتحدة تُجهض أي خطط لاستخدام الزئبق كوقود للصواريخ" . مجلة IEEE Spectrum . تاريخ الاسترجاع: 2 مايو 2022 .
  88. ↑ @SpaceX (26 فبراير 2023). "من بين التحسينات الأخرى، تم تجهيز مركبات V2 mini بمحركات دفع هول جديدة تعمل بالأرجون للمناورة في المدار" ( تغريدة ) . تم الاطلاع عليها بتاريخ 26 فبراير 2023 - عبر تويتر .
  89. ↑ غروندين، ب.؛ لافلور، ت.؛ شابير، ب.؛ آنيسلاند، أ. (مارس 2016). "نموذج شامل لمحرك بلازما شبكي من اليود" . فيزياء البلازما . 23 (3): 033514. Bibcode : 2016PhPl...23c3514G . doi : 10.1063/1.4944882 . ISSN 1070-664X . 
  90. ↑ "شركة الفضاء تطلق قمراً صناعياً لاختبار تقنيات الدفع الكهربائي باليود ThrustMe وتقنيات الأبراج الفضائية" . SpaceNews .
  91. ↑ "محرك اليود قد يبطئ تراكم النفايات الفضائية" . وكالة الفضاء الأوروبية .
  92. ^ "بيهانجكونجشي 1 (تاي 20)" . صفحة غونتر الفضائية .
  93. ^ رافالسكي، دميترو. مارتينيز مارتينيز، خافيير؛ هابل، لوي؛ وزورزولي روسي، إيلينا؛ بروينوف، بلامين؛ بوريه، أنطوان؛ باريت، توماس. بويت، أنطوان؛ لافلور، تريفور؛ دودين، ستانيسلاف؛ أنيسلاند، آن (17 نوفمبر 2021). "عرض توضيحي في المدار لنظام الدفع الكهربائي باليود" . طبيعة . 599 (7885): 411– 415. بيب كود : 2021Natur.599..411R . دوى : 10.1038/s41586-021-04015-y . ISSN 0028-0836 . بمك 8599014 . بميد 34789903 . S2CID 244347528. يتم تسريع أيونات اليود الذرية والجزيئية بواسطة شبكات الجهد العالي لتوليد الدفع، ويمكن إنتاج حزمة عالية التوازي مع تفكك كبير لليود.    
  94. ↑ صفحة SERT مؤرشفة بتاريخ 25-10-2010 في Wayback Machine على موقع Astronautix (تم الوصول إليها في 1 يوليو 2010).
  95. ↑ "فريق أرتميس يحصل على جائزة لإنقاذ الفضاء" . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 نوفمبر 2006 .
  96. ↑ دودني، روبرت س. (يناير 2012). "الإنقاذ في الفضاء" . مجلة القوات الجوية والفضائية . المجلد 95، العدد 1. مؤرشف من الأصل في 20 يونيو 2025. تم الاطلاع عليه في 11 مايو 2012 .  
  97. ↑ "الدفع الكهربائي قد يطلق اتجاهاً تجارياً جديداً" . مجلة سبيس فلايت ناو.
  98. ↑ "سبيس فلايت ناو | تقرير إطلاق أطلس | قمر الاتصالات AEHF 2 يواصل الصعود" . spaceflightnow.com .
  99. ↑ جونز، أندرو (28 أبريل 2021). "ثلاثة عقود من العمل، إطلاق محطة الفضاء الصينية هذا الأسبوع" . IEEE .
  100. ↑ تشين، ستيفن (2 يونيو 2021). "كيف يمكن لمحطة الفضاء الصينية أن تساعد في تزويد رواد الفضاء بالطاقة للوصول إلى المريخ" .
  101. ↑ "شركة سبيس إكس تكشف المزيد من المعلومات حول ستارلينك بعد إطلاق أول 60 قمراً صناعياً" . 24 مايو 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 يوليو 2020 .
  102. ↑ راولين، ف.ك.؛ باترسون، م. ج.؛ غروبر، ر.ب. (1990). "الدفع الأيوني بالزينون لنقل المدار" (ملف PDF) . مذكرة ناسا الفنية رقم 103193 (AIAA-90-2527): 5. مؤرشفة (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليها في 25 يناير 2022 .
  103. ↑ "小惑星探査機はやぶさ搭載イオンエンジン (المحركات الأيونية المستخدمة في مسبار الكويكب هايابوسا)" (باللغة اليابانية). ISAS. مؤرشفة من الأصلي في 19 أغسطس 2006 . تم الاسترجاع 13 أكتوبر 2006 .
  104. ↑ تابوتشي، هيروكو (1 يوليو 2010). "مسبار فضائي معيب يُنظر إليه على أنه اختبار لخبرة اليابان" . صحيفة نيويورك تايمز .
  105. ^ نيشياما، كازوتاكا؛ هوسودا، ساتوشي؛ تسوكيزاكي، ريودو؛ كونيناكا، هيتوشي. حالة تشغيل المحركات الأيونية لمستكشف الكويكب Hayabusa2 ، وكالة استكشاف الفضاء اليابانية ، يناير 2017.
  106. ↑ سيارة بريوس الفضائية مؤرشفة في 5 يونيو 2011 في Wayback Machine ، 13 سبتمبر 2007، مختبر الدفع النفاث التابع لناسا. تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو في الملكية العامة .المجال العام
  107. ↑ "مهمة ناسا دون إلى حزام الكويكبات تصل إلى نهايتها" . ناسا. 1 نوفمبر 2018.المجال العامتتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
  108. ↑ "نهاية بداية مشروع بيبي كولومبو" . وكالة الفضاء الأوروبية. 22 أكتوبر 2018. تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2018 .
  109. ↑ نشر أندرو جونز (18 مايو 2022). "الصين ستطلق مهمة تيان وين 2 لأخذ عينات من الكويكبات في عام 2025" . Space.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29 سبتمبر 2022 .
  110. ↑ جيبني، إليزابيث (30 أبريل 2019). " الصين تخطط لمهمة إلى كويكب الأرض الأليف" . مجلة نيتشر . doi : 10.1038/d41586-019-01390-5 . PMID 32346150. S2CID 155198626. تاريخ الاسترجاع: 4 يونيو 2019 .  
  111. ↑ لانديس، جيفري أ. (1991). "مسبار بين النجوم يعمل بالليزر". نشرة الجمعية الفيزيائية الأمريكية . 36 (5): 1687-1688 .
  112. ↑ لانديس، جيفري أ. (1994). "مسبار بين النجوم يعمل بالليزر" . GeoffreyLandis.com . مؤرشف من الأصل في 22 يوليو 2012.
  113. 1 2 "ملخص تنفيذي" (ملف PDF) . شركة أد أسترا للصواريخ. 24 يناير 2010. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 31 مارس 2010. تم الاطلاع عليه في 27 فبراير 2010 .
  114. ↑ كلوتز، إيرين (7 أغسطس 2008). "قد يتم اختبار صاروخ بلازما في محطة الفضاء الدولية" . أخبار ديسكفري . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 فبراير 2010 .
  115. ↑ ويتينغتون، مارك (10 مارس 2011). "ناسا تختبر صاروخ البلازما VF-200 VASIMR في محطة الفضاء الدولية" . ياهو . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يناير 2012 .
  116. ↑ ميك، جيسون (11 أغسطس 2008). "محرك بلازما مطور تجاريًا سيُختبر قريبًا في الفضاء" . ديلي تك. مؤرشف من الأصل في 22 فبراير 2015. تم الاطلاع عليه في 27 فبراير 2010 .
  117. 1 2 شيغا، ديفيد (5 أكتوبر 2009). "شركة صواريخ تختبر أقوى محرك أيوني في العالم" . مجلة نيو ساينتست . تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 نوفمبر 2019 .
  118. ↑ «التقرير رقم IG-21-004: إدارة ناسا لبرنامج بوابة مهمات أرتميس» (ملف PDF) . مكتب المفتش العام . ناسا . 10 نوفمبر 2020. الصفحات 5-7 . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في 9 أكتوبر 2022. تم الاطلاع عليه في 28 ديسمبر 2020 . 
  119. ↑ كانديس ماسوتشي-تيمبلير (8 أبريل 2026). "نهاية غيتواي؟ استكشاف عواقب تحول ناسا القمري" . نوفاسبيس . تم الاطلاع عليه في 2 مايو 2026 .
  120. ↑ "المواضيع: محرك الأيونات" . موسوعة الخيال العلمي .
  121. ^ كروشل ، كارستن (2007). Leim für die Venus – Der Science-Fiction-Film in der DDR [ Glue for Venus – فيلم الخيال العلمي في جمهورية ألمانيا الديمقراطية ] (بالألمانية). هاين. ص 803 – 888. ISBN  978-3-453-52261-9.
  122. ↑ ديكانديدو، كيث آر إيه (7 يونيو 2016). "إعادة مشاهدة مسلسل ستار تريك: السلسلة الأصلية: 'دماغ سبوك'"" . tor.com .
  123. ↑ فوكس، ستيف، محرر. (19 أغسطس 2015). "تسع تقنيات حقيقية لوكالة ناسا في فيلم "المريخي""" وكالة ناسا . مؤرشف من الأصل في 20 يونيو 2018. تم الاطلاع عليه في 30 يونيو 2023. "

فهرس

مقالات

  • "ناسا تتفوق على ستار تريك: أيون درايف لايف!" صحيفة ذا ديلي جالاكسي ، 13 أبريل 2009.
  • "أداة الفضاء المثالية: محرك الأيونات التابع لناسا مباشر!" صحيفة ذا ديلي جالاكسي ، 7 يوليو 2009.
  • يُعرض محرك أيوني تجريبي مبكر في قسم اكتشاف الفضاء الجوي في متحف فلوريدا للطيران .