Versio 5. marraskuuta 2020 kello 01.59 muokkaa Fiwiki-tools-bot (keskustelu \| muokkaukset) botit 85 035 muokkausta Lisätään malline:commonscat Aiheesta muualla -osioon ← Vanhempi muutos		Versio 26. helmikuuta 2021 kello 19.15 muokkaa kumoa Msaynevirta (keskustelu \| muokkaukset) seulojat, palauttajat 25 210 muokkausta uudelleenkirjoitusta Uudempi muutos →
Rivi 1: [[Tiedosto:NASA NEXT Ion thruster.712983main NEXT LDT Thrusterhi-res full.jpg\|pienoiskuva\|Nasan Glenn Research Centerin [[NEXT (ionimoottori)\|NEXT-ionimoottori]] koekäytössä tyhjiökammiossa vuonna 2009.]] ~~[[Kuva:Deep Space 1 ion engine.jpg\|thumb\|200px\|[[Deep Space 1]]:n ionimoottori]]~~ '''Ionimoottori''' on [[sähköpropulsio avaruusaluksissa\|avaruusalusten sähköpropulsiotekniikka]], jossa työntövoimaa tuotetaan kiihdyttämällä varautuneita [[Ioni\|ioneja]] [[Sähkökenttä\|sähkökentässä]]. Ionimoottoreihin luetaan tyypillisesti sähköpropulsion sähköstaattisen haaraan kuuluvat [[Verkollinen ionimoottori\|verkolliset-]] (GIT), [[Hall-ionimoottori\|Hall-]] ja [[kenttäemissioionimoottori]]t (FEEP). [[Kuva:Ion_Engine_Test_Firing_-_GPN-2000-000482.jpg\|thumb\|200px\|Deep Space 1:n ionimoottoria testataan JPL:ssä tyhjiössä. Ionisoitunut ksenonkaasusuihku hehkuu sinisenä.]]▼ '''Ionimoottori''' on [[avaruusalus\|avaruusaluksiin]] tarkoitettu [[moottori]], joka kiihdyttää [[ioni\|ioneja]] aluksen työntövoiman lähteeksi. Ionien [[massa]] on pieni ja [[sähkö]]varaus suhteellisen korkea, joten ne voidaan kiihdyttää suuriin nopeuksiin ja saada näin polttoaineelle korkea [[ominaisimpulssi]]. Moottorilla saadaan aikaan pitkiä hitaita kiihdytyksiä. Samasta [[polttoaine]]esta saadaan ionimoottorilla jopa kymmenkertainen hyöty kemiallisiin raketteihin verrattuna, mutta hetkittäinen [[teho]] jää vaatimattomaksi. Ionimottorin toiminta perustuu varauksettomien ajoaineatomien tai -molekyylien pommittamiseen elektronisuihkulla, jolloin nämä ionisoituvat positiivisesti varautuneeksi [[plasma]]ksi. Ajoaineplasma ohjataan sähkökenttään, missä se kiihtyy sähköstaattisen [[Coulombin laki\|Coulombin voima]]n vaikutuksesta hyvin suuriin nopeuksiin, ja poistuu moottorista tuottaen alukselle pakokaasun virtaussuunnalle vastakkaisen työntövoiman. Ionimoottoreita on kehitetty lukuisia eri tyyppejä, mutta vain joitain on käytetty käytännössä. Ionimoottoria on käytetty avaruusluotaimissa [[SMART-1]] ([[Euroopan avaruusjärjestö\|ESA]]), [[Deep Space 1]] ([[NASA]]) ja [[Hayabusa (luotain)\|Hayabusa]] ([[JAXA]]) sekä 27. syyskuuta 2007 laukaistussa [[Dawn (luotain)\|Dawn]]-luotaimessa. Maata kiertävällä matalalla kiertoradalla ollut [[GOCE]]-painovoimaluotain pystyi olemaan radallaan ionimoottorin avulla, joka kiihdytti ksenon-ionit 40 000 m/s nopeuteen. Ionimoottorien tuottama työntövoima on varsin heikkoa, mutta ne kiihdyttävät pakokaasunsa erittäin suuriin nopeuksiin, minkä ansiosta ajoaineen käytön hyötysuhdetta mittaava ominaisimpulssi on moottorityypillä erittäin korkea. Ionimoottorit kykenevät pitkiin ja hitaisiin kiihdytyksiin, joilla ne kykenevät saavuttamaan suuria kemiallisia rakettejakin vastaavia liikemääriä huomattavasti pienemmällä ajoaineen kulutuksella. SMART-1 käyttää [[Hall-ilmiö\|Hallin ilmiöön]] perustuvaa moottoria, joka käyttää pakoaineenaan [[ksenon]]ia, joka ionisoidaan tasavirtaplasmapurkauksella. Sähkökenttä kiihdyttää ionit 15 000 m/s nopeuteen. Ionimoottorien pääkäyttökohteena ovat muiden sähköpropulsiomuotojen tapaan avaruudessa tapahtuvat kiertoratamuutokset, asemanpito radalla ja avaruuskappaleiden väliset siirtymiset. Deep Space 1 käyttää [[NASA]]n NSTAR-moottoria, joka on elektrostaattinen ionimoottori. Pakoaineen atomeja kuumennetaan ja pommitetaan [[elektroni\|elektroneilla]] elektronitykistä, mikä ionisoi polttoaineen. Ionit kiihdytetään sähköstaattisesti. Myös NSTAR käyttää pakoaineena ksenonia, kehityksen alkuvaiheissa kokeiltiin myös [[elohopea]]n ja [[cesium]]in käyttöä. == Alatyypit == <!-- Avaa rakennetta ja toimintaperiaatetta, alatyyppien alatyypit? --> === Verkollinen ionimoottori === ~~==Aiheesta muualla==~~ {{Pääartikkeli\|[[Verkollinen ionimoottori]]}} ~~{{commonscat}}~~ Verkolliset ionimoottorit jakautuvat rakenteellisesti kolmeen pääosaan: purkauskammiossa sijaitsevaan plasmantuottajaan, kiihdytysverkkoihin ja neutralointikatodiin. Verkollisten moottorien kolme alatyyppiä ovat elektronipommitus-, radiotaajuus- ja mikroaaltoionimoottorit, ja ne eroavat toisistaan pääasiassa plasman tuottamiseen käytetyn menetelmän osalta. Kolme metodia on kuvattu alla: [http://www.tekniikkatalous.fi/tiede/avaruus/2009-07-24/Ionimoottorilla-Marsiin-p%C3%A4%C3%A4sisi-39-p%C3%A4iv%C3%A4ss%C3%A4-3276529.html Ionimoottorilla Marsiin pääsisi 39 päivässä – Tekniikka & Talous] Elektronipommitusmoottoreissa plasma tuotetaan pommittamalla varaukseltaan neutraalia ajoainetta onton katodin termisessä emissiossa vapauttamilla elektroneilla, jotka virtaavat katodilta moottorin anodille, törmäten samalla varauksettomaan ajoaineeseen. Ylimääräinen elektroni saa ajoaineatomit tai -molekyylit ionisoitumaan positiiviseksi plasmaksi. [http://www.tekniikkatalous.fi/tiede/avaruus/2012-04-02/Maasta-kuuhun-vain-muutamalla-tipalla-polttoainetta-%E2%80%93-ionimoottorit-tulevat-satelliitteihin-3308645.html Maasta kuuhun vain muutamalla tipalla polttoainetta – ionimoottorit tulevat satelliitteihin – Tekniikka & Talous] Radiotaajuusmoottoreissa * Mikroaaltoionimoottoreissa === Hall-ionimoottori === {{Pääartikkeli\|[[Hall-ionimoottori]]}} === Kenttäemissioionimoottori === {{Pääartikkeli\|[[Kenttäemissioionimoottori]]}} Kenttäemissiomoottorit (lyh. ''FEEP'', {{k-en\|Field-emission electric propulsion}}) jakautuvat rakenteellisesti kolmeen pääosaan: emitteriin, kiihdytinelektrodiin ja neutraloijaan. Verkollisista- ja Hall-ionimoottoreista poiketen niiden ajoainesyöttö tapahtuu nestemäisessä olomuodossa, minkä jälkeen nestemäinen ajoaine ionisoituu emitterin ja kiihdytinelektrodin välisen korkean potentiaalieron aikaansaamassa [[kenttäemissio]]ssa. Kenttäemissiomoottorit jaotellaan alatyyppeihin rakenteen ja käytetyn ajoaineen mukaan (nestemetallit [[cesium]], [[indium]] ja [[elohopea]], sekä erillisenä [[suolasula]]t). Rakennetyypit lineaarirako neula Ajoainetyypit Cesiumkenttäemissiomoottori (lyh. ''Cs-FEEP'') Indiumkenttäemissiomoottori (lyh. ''In-FEEP'') Elohopeakenttäemissiomoottori (lyh. ''Hg-FEEP'') Suolasuolakenttäemissiomoottori (lyh. ''IL-FEEP'', {{k-en\|Ionic liquid FEEP}}) == Suorituskyky == Ionimoottorien tuottama työntövoima on varsin heikko, vaihdellen Hall-moottoreissa välillä 10 µN – 2 N ja verkollisissa moottoreissa välillä 10 µN – 0,2 N.<ref>Botha: Design of an RF Ion Thruster 2015 s.6</ref> Moottorityyppi kykenee kuitenkin saavuttamaan erittäin suuria pakokaasun nopeuksia, (Hall-moottoreissa 10-20 km/s ja verkollisissa 20-40 km/s) minkä ansiosta ajoaineen käytön hyötysuhdetta mittaava [[ominaisimpulssi]] on erittäin korkea, liikkuen avaruuteen laukaistuissa Hall-moottoreissa 1 500–2 000 ja vastaavanlaisissa verkollisissa moottoreissa 2 500–3 600 sekunnin välillä.<ref>https://descanso.jpl.nasa.gov/SciTechBook/series1/Goebel__cmprsd_opt.pdf s.5</ref> Laboratoriokoekäyttöön edenneissä moottoreissa on saavutettu jopa 17 000 sekunnin ominaisimpulsseja.<ref>DOI: 10.13140/2.1.2331.8406 s.2</ref> Kokeellinen [[DS4G (ionimoottori)\|DS4G-ionimoottori]] saavutti vuonna 2006 ennätyksellisen 210 km/s pakokaasunopeuden<ref>http://www.spacedaily.com/news/ESA_And_ANU_Make_Space_Propulsion_Breakthrough.html</ref> ja noin 19 400 sekunnin ominaisimpulssin. Lentokäyttöön edenneiden ionimoottorien kokonaishyötysuhteet ovat Hall-moottoreissa vaihdelleet 35-60 prosentin ja verkollisissa moottoreissa 40-80 prosentin välillä. == Historia == ▲[[~~Kuva~~Tiedosto:~~Ion_Engine_Test_Firing_~~Ion Engine Test Firing -~~_GPN~~ GPN-2000-000482.jpg\|~~thumb~~pienoiskuva\|~~200px\|Deep Space 1:n~~ NSTAR-ionimoottoria testataan JPL:ssä ~~tyhjiössä~~tyhjiökammiossa. Ionisoitunut ksenonkaasusuihku hehkuu sinisenä.]] Rakettitekniikan alkuisät [[Konstantin Tsiolkovski]] ja [[Robert Goddard]] loivat varhaisimmat visiot avaruusalusten sähköpropulsiosta ja ionimoottoreista. Goddard tutki sähköpropulsiota harvakseltaan vuodesta 1906 aina vuoteen 1917, jolloin hän hankki [[Patentti\|patentin]] ”metodille tuottaa sähköistettyjä kaasusuihkuja” (”Method of and Means for Producing Electrified Jets of Gas”). Patentti sisälsi kolme kaaviota, joista yhtä voidaan pitää varhaisimpana sähköstaattisen ionimoottorin mallina. Merkittävät sähköpropulsion kehitysohjelmat käynnistyivät Yhdysvalloissa ja Neuvostoliitossa 1960-luvulla. Yhdysvalloissa tutkimusta tekivät muun muassa Nasan [[Glenn Research Center]] ja [[Jet Propulsion Laboratory]], sekä yksityinen [[Hughes Research Laboratories]], kun Neuvostoliitossa tutkimus jakautui eri instituuttien välille. Molemmat suurvallat laukaisivat ensimmäiset varhaisia cesium- ja elohopea-ajoaineita käyttäneet kokeelliset ionimoottorit kiertoradalle 1960-luvun alkuvuosina. Verkollisten- ja Hall-ionimoottorien kehitysohjelmat jatkuivat 1980-luvulle saakka. Yhdysvalloissa sähköpropulsioon liittyvän tutkimuksen perusta syntyi 1960- ja 1970-luvun vaihteessa ilmestyneiden julkaisujen pohjalle. Ensimmäinen sähköpropulsiomenetelmiä käsitellyt systemaattinen analyysi oli [[Ernst Stuhlinger]]in vuonna 1964 julkaisema ''Ion Propulsion for Space Flight''. [[Robert G. Jahn]]in kirjoittama, neljä vuotta myöhemmin julkaistu ''Physics of Electric Propulsion'' kuvaili kattavasti moottoreihin liittyviä fysikaalisia ilmiöitä. George R. Brewerin kirjoittama, vuonna 1970 julkaistu ''Ion Propulsion Technology and Applications'' esitti varhaisten ionimoottorien [[cesium]]- ja [[elohopea]]-ajoaineisiin pohjautuneen teknologian, sekä sähköpropulsiolle yleisen matalaan työntövoimaan perustuneen avaruusmissioprofiilin rata-analyyseineen. Neuvostoliittolaiset asensivat vuonna 1971 kahteen [[Meteor (satelliitti)\|Meteor-satelliittiin]] [[SPT-60]] -Hall-moottorit. Moottorityypin käyttö neuvostoliittolaisissa tietoliikennesatelliiteissa olikin sähköpropulsion ensimmäinen laajamittainen käyttökohde. Moottorityypin käyttö näissä kohteissa on jatkunut Venäjällä Neuvostoliiton hajoamisen jälkeen. Ensimmäinen pohjois-eteläsuuntaiseen asemanpitoon suunniteltu ionimoottori laukaistiin japanilaisen [[ETS 6\|Engineering Test Satellite 6]] (ETS 6) -koesatelliitin kyydissä vuonna 1995. Kantoraketin laukaisun osittainen epäonnistuminen esti kuitenkin ionimoottorin käytön asemanpitoon, mutta moottoria operoitiin tästä huolimatta onnistuneesti kiertoradalla. Ionimoottorien kaupallinen käyttö käynnistyi Yhdysvalloissa vuonna 1997, kun Hughes toi markkinoille [[XIPS-25\|Xenon Ion Propulsion System]] (XIPS) -moottorinsa. NASA laukaisi vuotta myöhemmin kokeellisen [[NSTAR]]-ionimoottorin osana [[Deep Space 1]] -luotaintaan. == Lähteet == [https://descanso.jpl.nasa.gov/SciTechBook/series1/Goebel__cmprsd_opt.pdf Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters] [http://epubs.surrey.ac.uk/id/eprint/26851 Pulsed Plasma Thrusters for Small Satellites] *[https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/28458 Development of a miniature gridded ion thruster] === Viitteet === {{Viitteet}} [[Luokka:Rakettitekniikka]]

Ero sivun ”Ionimoottori” versioiden välillä