🛸 Іонний двигун — електрична рушія

Іонні двигуни прискорюють заряджені частинки (зазвичай ксенон) електричним полем для створення тяги. Вони мають дуже малу тягу, але надзвичайно високий питомий імпульс (Isp), що робить їх ідеальними для тривалих місій у глибокому космосі.

Іонний двигун

Потужність (кВт) 5 кВт Isp (с) 3 000 с Ефективність η 0.65

Плануваль ΔV місії

Маса апарата (кг) 500 кг Місійний ΔV (км/с) 6 км/с

Характеристики двигуна

Тяга—

Швидкість виходу—

Витрата пального—

Потрібне пальне—

Мокре/сухе відношення—

Час роботи—

Проти хімічної ракети

🛸 Іон (цей)

Isp = — с

Пально = —

🔥 Хімічна

Isp = 310 с

Пально = —

Фізика:
F = 2ηP / (Isp·g₀)
v_e = Isp·g₀
ΔV = Isp·g₀·ln(m₀/m₁)
m_p = m_сух·(e^ΔV/ve−1)

Як працюють іонні двигуни

Нейтральний газ-пропелент (зазвичай ксенон) іонізується бомбардуванням електронами або ВЧ-енергією. Потім іони прискорюються сильним електричним полем до швидкостей виходу 20–80 км/с — проти 3–4 км/с у хімічних ракет. Це дає іонним двигунам Isp у 10–30 разів вищий, тобто для того самого ΔV потрібно менше пального. Компроміс: тяга надзвичайно мала (мілінюстони) і потрібне постійне живлення. Космічний апарат NASA Dawn використовував іонні двигуни для виведення на орбіту навколо Вести і Церери. Сучасні двигуни ефекту Холла стали стандартом для орієнтування супутників на ГСО.