​موتورهای پیشرانش الکتریکی با امواج الکترومغناطیس

موتورهای پیشرانش الکتریکی چیستند؟

پیشرانه الکتریکی فضاپیما نوعی از تکنیک های پیشران فضاپیما است که از میدان های الکترواستاتیک یا الکترومغناطیسی برای شتاب دادن جسم به سرعت بالاتر و در نتیجه تولید نیروی رانش برای تغییر سرعت فضاپیما در مدار استفاده می کند. پیشرانه توسط نیروی الکتریکی کنترل می شود.
رانشگرهای الکتریکی معمولاً از پیشرانه بسیار کمتری نسبت به موشک های شیمیایی استفاده می کنند، زیرا سرعت خروجی اگزوز بالاتری موتورهای شیمیایی دارند (با یک ضربه خاص کار می کنند). به دلیل توان الکتریکی محدود، رانش در مقایسه با موشک های شیمیایی بسیار ضعیف تر است، اما پیشرانه الکتریکی می تواند نیروی رانش را برای مدت طولانی تری فراهم کند.

الکتروستاتیکی:

پیشرانه الکترواستاتیک از پیشرانه ای استفاده می کند که می تواند یونیزه شود. پیشرانه های رایج برای این نوع پیشرانه های الکتریکی عبارتند از سزیم، جیوه، زنون، آرگون و غیره. نیروی محرکه در این نوع پیشرانه ها با شتاب دادن به یون ها با استفاده از میدان الکتریکی و عبور آن یون ها از یک شبکه ایجاد می شود. سپس یون‌ها توسط جریانی از الکترون‌ها خنثی می‌شوند تا از تجمع بار در دستگاه جلوگیری شود. این تکنیک نیروی رانش بسیار کم را فراهم می کند اما کمبود نیروی رانش را با ارائه تکانه های خاص بسیار بالا در حدود 3000-5000 ثانیه جبران می کند. رانشگرهای این نوع در حال حاضر بیشتر برای انتقال مداری و تثبیت مداری مورد استفاده قرار می گیرند. انتقال با استفاده از نیروی محرکه الکترواستاتیک زمان انتقال بسیار بیشتری دارد اما ثابت شده است که کارآمدتر هستند. این امر به این دلیل تعیین می‌شود که Isp بالا به دستگاه اجازه می‌دهد تا رانش کم را برای مدت زمان طولانی ارسال کند و از پیشرانه بسیار کمی استفاده کند. توانایی بردن تنها کسری از جرم پیشرانه به LEO و GEO باعث می شود که برخاستن به سوخت کمتری نیز نیاز داشته باشد. در مواردی که زمان اهمیت چندانی ندارد، این نوع رانشگر یکی از بهترین انتخاب ها برای مانورهای مداری است.

پیشرانه الکترومغناطیسی از پلاسما به عنوان پیشران خود استفاده می کند. این کار با گرم کردن پیشرانه تا دمای بیش از 5000 درجه کالوین انجام می شود. پلاسمای رسانا با تامین میدان مغناطیسی نیروی لورنتس را به تصویر می‌کشد. یون های پلاسما از طریق نیروهای مغناطیسی ایجاد شده به جای نیاز به شبکه آند شتاب می گیرند. این روش همچنین اجازه می دهد تا ذرات بدون یونیزه شدن کامل شتاب بگیرند و در نتیجه کارایی بالاتری به همراه دارد. نیروی محرکه الکترومغناطیسی می تواند سطوح رانشی تا 100 برابر بزرگتر از نیروی محرکه الکترواستاتیک ایجاد کند. Isp بالا و رانش نسبتاً کم در مقایسه با رانشگرهای شیمیایی، این نوع رانشگر را برای انتقال مداری طولانی مناسب تر می کند. این رانشگرها مشابه پیشرانه‌های الکترواستاتیکی استفاده می‌شوند، اگرچه به دلیل دشواری بالاتر تولید و نگهداری آن‌ها چندان رایج نیستند.

الکترومغناطیسی:

الکتروگرمایی:​​​​​​​

پیشرانه الکتروترمال با استفاده از انرژی الکتریکی، گرما را به یک پیشرانه انتقال می دهد و راندمان آن و Isp را افزایش می دهد. این کار با گرم کردن عنصری که پیشرانه از آن عبور می‌کند، انجام می‌شود. این عنصر می تواند صرفاً پیشرانه را گرم کند یا می تواند بستر کاتالیزور را برای کمک به تجزیه پیشران گرم کند. برخی از نمونه‌های پیشرانه الکتروترمال عبارتند از Arcjet، Microwave Arcjet و Resistojet. این نوع پیشرانه را می توان با موشک های تک پیشرانه و دو پیشرانه استفاده کرد. ایده این سیستم کمک به چیزی است که معمولاً یک سیستم گاز سرد است. اگرچه این نوع پیشرانه ISP را در مقایسه با موتورهای شیمیایی افزایش می دهد، اما Isp حاصل معمولاً از 1000 ثانیه فراتر نمی رود. این با برخی از تکنیک‌های دیگر نیروی محرکه الکتریکی فاصله دارد، اما به نیروی رانش بیشتر اجازه می‌دهد