Lạc xoong

Lạc xoong


Động cơ đẩy ion: Bộ máy chính để các vệ tinh duy trì được trên quỹ đạo Trái đất

Frozen Cat
16/5/2024 12:20Phản hồi: 76
Động cơ đẩy ion: Bộ máy chính để các vệ tinh duy trì được trên quỹ đạo Trái đất
Quỹ đạo thấp của Trái đất chứa rất nhiều vệ tinh. Một vài trong số đó là mới, trong khi một số đã có tuổi đời hàng chục năm. Điều này đã trở thành một vấn đề khi quỹ đạo chứa đầy các vệ tinh bị hỏng hóc, ngừng hoạt động và việc loại bỏ chúng đã trở thành một thách thức. Thường thì những vệ tinh này có một nhiệm vụ không bao giờ kết thúc là phải ở nguyên trên quỹ đạo. Tuy nhiên, mọi vệ tinh đều phải đối mặt với sự suy giảm quỹ đạo vì một lực cản nhỏ trong quỹ đạo cũng khiến chúng đi chậm lại theo thời gian. Cuối cùng, khi hạ thấp dần chúng sẽ bị phá hủy khi lao qua bầu khí quyển.

Để khắc phục vấn đề trên, các vệ tinh cần sử dụng một động cơ đẩy để tăng tốc và giữ chúng trên quỹ đạo, chỉ cần di chuyển chút ít theo thời gian để thắng được lực cản. Nhưng loại nhiên liệu cần thiết cho các động cơ đẩy đó cũng là một bài toán khó. Vệ tinh không thể được đẩy đi bằng nhiên liệu đẩy bình thường vì thứ nhiên liệu này khiến vệ tinh trở nên to lớn và nặng nề.

Mọi thứ đã thay đổi trong thập niên vừa qua, khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm nhiều phương pháp đẩy khác nhau. Chẳng hạn công ty Công nghệ Không gian Orbion, họ cung cấp cho NASA các động cơ đẩy ion và đang nổi lên như một kẻ thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực chế tạo động cơ vệ tinh.

tau-khong-gian-dawn-cua-nasa.jpg
Tàu không gian Dawn của NASA đã sử dụng động cơ đẩy ion hiệu suất cao để đến thăm thiên thạch Ceres và Vesta trong vành đai tiểu hành tinh. Phương pháp đẩy này hiện đang được Orbion sản xuất cho các vệ tinh nhỏ.

dong-co-day-nho-aurora-cua-orbion.jpg
Aurora của Orbion, động cơ này nhỏ nhưng đủ mạnh để duy trì các vệ tinh trên quỹ đạo trong vài năm.

Các động cơ đẩy ion của NASA hoạt động thông qua một cơ chế gọi là hiệu ứng Hall. Thay vì sử dụng một quá trình phản ứng hóa học để tạo lực đẩy, bộ đẩy ion dựa trên hiệu ứng Hall sử dụng một điện trường từ các tấm pin mặt trời để tăng tốc cho nhiên liệu đẩy, thường là các khí hiếm như xenon hay krypton. Điện trường này sẽ bảo toàn, tránh gây thất thoát electron và sử dụng các electron đó để ion hóa khí xenon thành ion Xe+, từ đó tăng tốc các ion Xe+ này để tạo ra lực đẩy và giúp vệ tinh chuyển động. Cụ thể hơn chúng diễn ra theo 5 bước sau:

Bước 1: Một điện cực (catot) phun ra các electron vào trong một buồng ion hóa, tại đây chúng được từ trường cung cấp năng lượng để tiến hành bắn phá.

Bước 2: Tiếp theo, chất đẩy xenon (Xe) trong bình chứa cũng được đưa vào buồng ion hóa. Do Xe có năng lượng ion hóa tương đối thấp, nên sẽ không tốn quá nhiều năng lượng để "lấy đi" 1 electron khỏi nó.

Bước 3: Trong buồng ion hóa, các electron sẽ bắn phá khí Xe, làm cho các nguyên tử Xe trở thành những ion tích điện dương (Xe+). Tất cả tạo thành một “hỗn hợp” gồm các ion Xe+, các electron có từ đầu và electron văng ra từ nguyên tử Xe.

Bước 4: Sau đó, hỗn hợp này đi đến hai lưới điện cực tích điện trái dấu nhau. Các electron bị giam giữ bởi lưới điện cực thứ nhất, sau đó chúng được “tái sử dụng” để ion hóa tiếp Xe. Còn lưới điện cực thứ hai hút các ion Xe+, tăng tốc và đẩy chúng ra phía sau vệ tinh để tạo lực đẩy.

Bước 5: Khi chùm ion dương ra khỏi động cơ, các electron phát ra từ một điện cực gắn bên ngoài sẽ trung hòa chùm ion dương đó nhằm giữ cho các ion không bị hút trở lại tàu, đồng thời làm giảm lực đẩy ròng. Vì vậy catot ngoài này còn có tên là bộ trung hòa.

co-che-hoat-dong-cua-dong-co-day-ion.jpg

Quảng cáo


Cơ chế hoạt động của động cơ đẩy ion.

Quá trình này được nghiên cứu từ thập niên 1960 ở cả Hoa Kỳ và Liên Xô, nhưng phải đến năm 1998, NASA mới lần đầu sử dụng công nghệ này để sử dụng trên các vệ tinh. Vào năm 2016, Orbion Space Technology bắt đầu hoạt động phát triển động cơ đẩy ion dựa vào hiệu ứng Hall của riêng họ với sự trợ giúp từ Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA. Kể từ đó Orbion đã bán động cơ đẩy của mình cho các tổ chức chính phủ lẫn tư nhân như Bộ Quốc phòng Mỹ, cũng như trang bị cho vệ tinh thời tiết của General Atomics.

dong-co-day-aurora-cua-orbion.jpg

NASA hình dung loại động cơ đẩy này chính là chìa khóa cho tương lai của hoạt động du hành vũ trụ. Có những công ty như SpinLaunch đang nghiên cứu hệ thống phóng vệ tinh chạy bằng điện để giảm đáng kể chi phí vận chuyển lên quỹ đạo. Động cơ ion cũng là phương tiện mà các chuyên gia NASA cho rằng có thể dùng để tiếp cận thành công sao Hỏa, kết hợp với động cơ đẩy bằng điện hạt nhân. Dù vẫn còn một chặng đường dài phía trước, nhưng các động cơ đẩy ion ngày càng trở nên phổ biến sẽ giúp con người tiến một bước gần hơn tới việc khám phá Sao Hỏa, cùng với tàu Curiosity của NASA.

Theo [1], [2].
76 bình luận
Chia sẻ

Xu hướng

Lực đẩy chỉ tầm 0.2 gram tới 500gram thôi.
Phổ biến tầm 5 gram.
Nhưng đủ bù hao hụt vận tốc (do sự va vào phân tử khí) của vệ tinh
@dktran01 ... Thứ 1: Ko có thì đừng nêu vào đây.
Thứ 2: Trạm vũ trụ Thiên Cung của TQ, đang thử nghiệm động cơ đẩy Ion vào năm 2023, đó là 1 module cực lớn, sức đẩy lớn và tiêu thụ cực nhiều năng lượng, hứa hẹn là thiết bị nhân tạo đầu tiên có thể dùng được động cơ đẩy Ion làm động cơ chính. Và thông tin chính xác hơn là trạm Thiên Cung mới hoàn thành giai đoạn thử nghiệm thôi, chứ chưa đưa vào sử dụng. BepiColombo, Psyche đều là những dự án lên lịch cho đến 2030, có nghĩa là... chưa được phóng.
Thứ 3: đọc kỹ, "routinely used" có nghĩa là "lên kế hoạch sử dụng" chứ ko phải là đã sử dụng.
Vệ tinh GPS hiện nay thế hệ mới nhất dựa trên chương trình Artemis, mà theo mình biết thì chương trình Artemis vẫn dùng nhiên liệu đẩy lỏng như bình thường và bình nhiên liệu đâu đó gần 1 khối, nên nó mới nặng đến hàng tấn như vậy. Nó "có" trang bị động cơ đẩy Ion, nhưng dùng để thử nghiệm và căn chỉnh vị trí ở biên độ nhỏ chứ không phải sử dụng làm động cơ đẩy.
Tình trạng chắc chắn cũng tương tự với mấy con khác như ArabSat 7B hay Viasat 3, cái này mình ko theo dõi nên ko rành. Nhưng đã con nào nặng hơn 2 tấn là chắc chắn sử dụng động cơ tên lửa đẩy nhiên liệu lỏng hết.
Mình vẫn nhắc lại, cho đến nay chưa có bất kỳ vệ tinh hay thiết bị nào trên quỹ đạo thuộc loại "nặng hàng tấn" có thể dùng động cơ ion làm động cơ đẩy như cái bài viết trên này đăng cả. Có chăng chỉ có các vệ tinh nhỏ thôi.
@lezardvn Danh mục vệ tinh với Ion thruster: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_spacecraft_with_electric_propulsion
List of spacecraft with electric propulsion - Wikipedia
en.wikipedia.org


Trong đó (ví dụ vài cái thôi):
SES-12, Yamal-601 trên 5 tấn.

Cãi cùng cãi chối mắt mệt
@dktran01 Sorry, mình nhận sai, dòng E3000 EuroStar Neo là cái mình chưa biết.
Vẫn hao hụt khí xenon, và lực đẩy thấp. Ko biết nếu so với việc tích trữ năng lượng từ trước (ví dụ bằng cách nén xenon dưới áp suất cao) thì hiệu quả hơn đc bao nhiêu
428293
TÍCH CỰC
22 ngày
@nobody0910 Mày lấy ví dụ "bình gas mini" dưới đất để nói chuyện trên vũ trụ à, con heo. Mày thông minh vậy. Sao mày ko góp ý cho NASA lấy ruột xe cũ bơm khí vào cho rẻ, nhẹ, tiết kiệm.
Đầu bài viết đã có nội dung này rồi. Vệ tinh dùng động cơ cũ có xài chục năm thì cũng tới lúc nó rớt. Và người ta thử nghiệm động cơ ion này tối ưu hơn phương pháp đẩy cũ.

"...Thường thì những vệ tinh này có một nhiệm vụ không bao giờ kết thúc là phải ở nguyên trên quỹ đạo...

Mọi thứ đã thay đổi trong thập niên vừa qua, khi các nhà nghiên cứu thử nghiệm nhiều phương pháp đẩy khác nhau. Chẳng hạn công ty Công nghệ Không gian Orbion, họ cung cấp cho NASA các động cơ đẩy ion và đang nổi lên như một kẻ thay đổi cuộc chơi trong lĩnh vực chế tạo động cơ vệ tinh."
nobody0910
ĐẠI BÀNG
22 ngày
@428293 Còn mày lấy bóng bay chứa khí chứ ko dùng khí nén vì nó to và nặng thì là óc gì đây thằng đần, óc chó hả 😏😏

NASA thì nó có đầy rẫy dự án nghiên cứu xong bỏ xó vì ko hiệu quả, chứ ko phải lãnh vực nào nó nghiên cứu đều đưa ra kết quả thành công đâu, hiểu chửa.

Bài báo mõm vì vệ tinh địa tĩnh nó ko to và nặng như trạm vũ trụ, nó dùng khí nén để hiệu chỉnh quỹ đạo chứ đếch phải "động cơ nhiên liệu" như bài báo mõm viết.

Người ta dùng khí nén làm lực đẩy hiệu chỉnh quỹ đạo vệ tinh hằng mấy chục năm nay, và nó làm việc hiệu quả chứ chả tới lượt thằng mõm nhà mày vào phản bác 😏😏.

Con Vinasat-1 cùi ghẻ của VN cũng hoạt động gần 20 năm rồi, thì cần động cơ ion gì đây nữa mạy.

Báo nói láo ăn tiền, nó feed cái gì thì đớp cái đấy ko biết đường kiểm chứng, lại còn bày đặt ngoạc mồm lên thể hiện 😏😏
@428293 hết cứu được em nó rồi, bác từ bỏ đi 😃
@428293 chỉ có việc chửi mới thoả mãn thú vui của e nó thôi 😁
Vẫn cần tuân theo định luật bảo toàn động lượng thôi.
@Chichbong0302 phát biểu mấy câu huề vốn thế 😁
@kungfu9999 Bạn ko hiểu ý tôi ah. Thế nên công nghệ này ko thể tạo ra lực đẩy lớn bởi vì muốn lực đẩy lớn thì lượng vật chất đẩy ra phải có khối lượng lớn và như vậy vẫn phải là lực đẩy từ nhiên liệu hóa học.
@Chichbong0302 công nghê, kỹ thuật động cơ gì thì cũng xây dựng, phát triển dựa trên các nguyên tắc vật lý thì đó là điều cơ bản nhất rồi, có có ai nói gì đâu, cũng đâu cần nhắc lại gì cho huề vốn.

"muốn lực đẩy lớn thì lượng vật chất đẩy ra phải có khối lượng lớn"
bác hiểu vật lý thế thì toang rồi! miêu tả muốn chính xác phải nói dựa trên phương trình quan hệ nào đó, chứ có đừng cảm tính, trực giác vậy thì thiếu sót hoặc sai lầm rất cao.
sai số của bác hiện tại là 50% tính theo tỉ lệ yếu tố có tác động đến lực. Nói ít hiểu nhiều còn lại bác tự xem lại để tìm ra.

Thân chào :3
casperpas
ĐẠI BÀNG
24 ngày
@Chichbong0302 nói đến động lượng mà chỉ nói mỗi khối lượng là thiếu mất hơn 1 nửa rồi bạn ạ 😁
chắc tốc độ ion bù cho lực đẩy ,trong môi trường chân không chỉ cần lực bé là đủ đẩy
bimbom
ĐẠI BÀNG
một tháng
sau này có cách nào lấy được vật chất trong vũ trụ để biến thành nhiên liệu đẩy thì du hành vô tận trong không gian
@bimbom chất gì bạn nói xem
Động cơ nào giúp kinh tế VN còn chưa sụp đổ ta
chi phí sinh hoạt quá phi lý
@tientran517 Chắc khi nào hết củi đốt lò thì sẽ nghĩ ra được động cơ đẩy thế hệ mới Bác ơi!
@tientran517 Động cơ xuất khẩu lao động nha. Không có xklđ thì kinh tế VN sụp luôn
@LEHUYEN Bạn chỉ nghĩ cái lò, ko nghĩ chế độ tạo ra củi nên tin là có ngày củi hết!
@T.NC Tôi có nói hết củi đâu nhỉ, chỉ tới khi hết củi hoặc sập lò lúc đó mới nghĩ đến động cơ mà!
Động cơ này thấy tay Musk dùng trên vệ tinh của hắn. Và vệ tinh của hắn chiếm đến 60% số lượng vệ tinh của thế giới từ trước đến nay.
@datvn từ TRƯỚC là từ nào? starlink mới triển khai từ 2018 gì thôi.
@dktran01 Mới triển khai từ 2018 mà bằng 60% toàn thế giới từ trước đến nay
@datvn 60% vệ tinh còn hoạt động của nhân loại thuộc anh Mút.
Tiếp thu nhé, xoắn vặn mệt lém
@datvn Đi tra google giúp.
Dành cho một số bạn khó khăn việc tiếp nhận thông tin mới, hoặc thuộc tuýp đa nghi.
Lực đẩy như một tờ giấy.
SmartSelect-20240517-204242-Chrome.jpg
mấy ông NASA sang đọc comment ở tinh tế mới nhận ra ăn học bao năm không bằng mấy thằng nông dân comment dạo
công nghệ vũ trụ luôn đi xa vài thập kỷ

Xu hướng

Bài mới









  • Chịu trách nhiệm nội dung: Trần Mạnh Hiệp
  • © 2024 Công ty Cổ phần MXH Tinh Tế
  • Địa chỉ: Số 70 Bà Huyện Thanh Quan, P. Võ Thị Sáu, Quận 3, TPHCM
  • Số điện thoại: 02822460095
  • MST: 0313255119
  • Giấy phép thiết lập MXH số 11/GP-BTTTT, Ký ngày: 08/01/2019