Gridded ion thruster
ગ્રીડેડ આયન થ્રસ્ટર એ આયન થ્રસ્ટર્સ માટે એક સામાન્ય ડિઝાઇન છે, જે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક દળો સાથે આયનોને વેગ આપવા માટે ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ગ્રીડ ઇલેક્ટ્રોડ્સનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુત શક્તિ પર ચાલતી અત્યંત કાર્યક્ષમ લો-થ્રસ્ટ અવકાશયાન પ્રોપલ્શન પદ્ધતિ છે. આયન એન્જિનનું સૌપ્રથમ પ્રદર્શન જર્મનમાં જન્મેલા નાસાના વૈજ્ઞાનિક અર્ન્સ્ટ સ્ટુલિંગર દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું અને 1957 થી 1960 ના દાયકાની શરૂઆત સુધી નાસા લુઈસ (હવે ગ્લેન) રિસર્ચ સેન્ટર ખાતે હેરોલ્ડ આર. કૌફમૅન દ્વારા વ્યવહારુ સ્વરૂપમાં વિકસાવવામાં આવ્યું હતું. આયન પ્રોપલ્શન સિસ્ટમનો ઉપયોગ સૌપ્રથમ નાસા લુઈસ "સ્પેસ ઇલેક્ટ્રિક રોકેટ ટેસ્ટ" (SERT) I અને II દ્વારા અવકાશમાં દર્શાવવામાં આવ્યો હતો. આ થ્રસ્ટરોએ પ્રતિક્રિયાના દળ તરીકે પારાનો ઉપયોગ કર્યો હતો. પ્રથમ SERT-1 હતું, જેને 20 જુલાઈ, 1964ના રોજ પ્રક્ષેપિત કરવામાં આવ્યું હતું, જેણે સફળતાપૂર્વક સાબિત કર્યું હતું કે ટેકનોલોજી અવકાશમાં આગાહી મુજબ કાર્યરત છે. બીજું પરીક્ષણ, SERT-II, 3 ફેબ્રુઆરી, 1970ના રોજ શરૂ કરવામાં આવ્યું હતું, જેમાં હજારો કલાકો સુધી ચાલતા બે પારાના આયન એન્જિનની કામગીરીની ચકાસણી કરવામાં આવી હતી. 1960 અને 70 ના દાયકામાં પ્રદર્શન હોવા છતાં, 1990 ના દાયકાના અંત પહેલા તેનો ભાગ્યે જ ઉપયોગ થતો હતો. નાસા ગ્લેને 1980ના દાયકા દરમિયાન ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ગ્રીડ આયન થ્રસ્ટર્સ વિકસાવવાનું ચાલુ રાખ્યું હતું, જેમાં નાસા સોલર ટેક્નોલોજી એપ્લિકેશન રેડીનેસ (એનએસટીએઆર) એન્જિન વિકસાવવામાં આવ્યું હતું, જેનો ડીપ સ્પેસ 1 પ્રોબ પર સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જે પ્રાથમિક પ્રોપલ્શન તરીકે ઇલેક્ટ્રિક પ્રોપલ્શનનો ઉપયોગ કરીને આંતરગ્રહીય માર્ગ ઉડાવવાનું પ્રથમ મિશન હતું. બાદમાં તે ડોન એસ્ટરોઇડ મિશન પર ઉડાન ભરી હતી. હ્યુજીસ એરક્રાફ્ટ કંપની (હવે એલ-3 ઇટીઆઈ) એ તેના જીઓસિંક્રોનસ ઉપગ્રહો (100 થી વધુ ઉડતા એન્જિન) ને જાળવી રાખીને સ્ટેશનનું પ્રદર્શન કરવા માટે એક્સઆઇપીએસ (ઝેનોન આયન પ્રોપલ્શન સિસ્ટમ) વિકસાવી છે. નાસા હાલમાં હાઈપીઈપી નામના 20-50 કેડબલ્યુ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આયન થ્રસ્ટર પર કામ કરી રહ્યું છે, જે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ચોક્કસ આવેગ અને એનએસટીએઆર કરતાં લાંબુ આયુષ્ય ધરાવશે. 2006માં એરોજેટે પ્રોટોટાઇપ નેક્સ્ટ આયન થ્રસ્ટરનું પરીક્ષણ પૂર્ણ કર્યું હતું. 1970ના દાયકાની શરૂઆતમાં, ગીસેન યુનિવર્સિટી અને એરિયનગ્રુપ ખાતે રેડિયો-ફ્રિક્વન્સી આયન થ્રસ્ટર્સ વિકસાવવામાં આવ્યા હતા. આર. આઈ. ટી.-10 એન્જિન યુરેકા અને આર્ટેમિસ પર ઉડાન ભરી રહ્યા છે. કાઇનેટિક (યુકે) એ T5 અને T6 એન્જિન (કૌફમૅન પ્રકાર) વિકસાવ્યા છે, જેનો ઉપયોગ GOCE મિશન (T5) અને બેપીકોલોમ્બો મિશન (T6) પર થાય છે. જાપાનથી, માઇક્રોવેવ્સનો ઉપયોગ કરીને, હાયાબુસા મિશન પર ઉડાન ભરી હતી. 2021 માં, DART એ NEXT-C ઝેનોન આયન થ્રસ્ટર વહન કરવાનું શરૂ કર્યું. 2021માં, થ્રસ્ટમીએ તેમના એનપીટી30-આઈ2 આયોડિન આયન થ્રસ્ટરનો ઉપયોગ કરીને ઉપગ્રહ ભ્રમણકક્ષામાં ફેરફારોની જાણ કરી હતી. કામગીરીની પદ્ધતિ પ્રોપેલન્ટ અણુઓને સ્રાવ ચેમ્બરમાં ઇન્જેક્ટ કરવામાં આવે છે અને આયોનાઇઝ થાય છે, પ્લાઝ્મા બનાવે છે. ડિસ્ચાર્જ ચેમ્બર માટે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આયનો ઉત્પન્ન કરવાની ઘણી રીતો છેઃ હોલો કેથોડ અને એનોડ (એનએસટીએઆર, નેક્સ્ટ, ટી 5, ટી 6 થ્રસ્ટર્સ) વચ્ચેના સંભવિત તફાવત દ્વારા ઇલેક્ટ્રોન બોમ્બાર્મેન્ટ (કૌફમૅન પ્રકાર) વૈકલ્પિક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટ દ્વારા પ્રેરિત વિદ્યુત ક્ષેત્રની રેડિયો આવર્તન (આરએફ) ઓસિલેશન, જે સ્વ-ટકાઉ સ્રાવમાં પરિણમે છે અને કોઈપણ કેથોડ (આરઆઈટી 10, આરઆઈટી 22, એમયુએન-આરઆઈટી થ્રસ્ટર્સ) માઇક્રોવેવ હીટિંગ (એમયુ 10, એમયુ 20) ને બાકાત રાખે છે. ઇલેક્ટ્રોન બોમ્બાર્ડમેન્ટ થ્રસ્ટર્સને કેથોડ, એનોડ અને ચેમ્બરમાં ઓછામાં ઓછા વીજ પુરવઠાની જરૂર પડે છે. આરએફ અને માઇક્રોવેવ પ્રકારોને આરએફ જનરેટરને વધારાના વીજ પુરવઠાની જરૂર પડે છે, પરંતુ કોઈ એનોડ અથવા કેથોડ વીજ પુરવઠો નથી. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલા આયનો ચેમ્બરની નિષ્કર્ષણ પ્રણાલી (2 અથવા 3 મલ્ટી-એપર્ચર ગ્રીડ) તરફ ફેલાય છે. ગ્રીડ છિદ્ર પર આયનો પ્લાઝ્મા આવરણમાં પ્રવેશ્યા પછી, તેઓ પ્રથમ અને બીજા ગ્રીડ (અનુક્રમે સ્ક્રીન અને પ્રવેગક ગ્રીડ તરીકે ઓળખાતા) વચ્ચેના સંભવિત તફાવત દ્વારા વેગ આપે છે. આયનોને શક્તિશાળી વિદ્યુત ક્ષેત્ર દ્વારા નિષ્કર્ષણ છિદ્રો દ્વારા માર્ગદર્શન આપવામાં આવે છે. અંતિમ આયન ઊર્જા પ્લાઝ્માની ક્ષમતા દ્વારા નક્કી થાય છે, જે સામાન્ય રીતે સ્ક્રીન ગ્રીડના વોલ્ટેજ કરતાં સહેજ વધારે હોય છે. પ્રવેગક ગ્રીડનો નકારાત્મક વોલ્ટેજ થ્રસ્ટરની બહાર બીમ પ્લાઝ્માના ઇલેક્ટ્રોનને ડિસ્ચાર્જ પ્લાઝ્મા તરફ પાછા વહેતા અટકાવે છે. ગ્રીડમાં અપૂરતી નકારાત્મક ક્ષમતાને કારણે આ નિષ્ફળ થઈ શકે છે, જે આયન થ્રસ્ટર્સના કાર્યકારી જીવન માટે એક સામાન્ય અંત છે. ન્યૂટનના ત્રીજા નિયમ અનુસાર, બહાર કાઢવામાં આવેલા આયનો અવકાશયાનને વિરુદ્ધ દિશામાં આગળ ધપાવે છે. લોઅર-એનર્જી ઇલેક્ટ્રોન એક અલગ કેથોડમાંથી ઉત્સર્જિત થાય છે, જેને ન્યુટ્રલાઈઝર કહેવાય છે, તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે કે હકારાત્મક અને નકારાત્મક ચાર્જની સમાન માત્રા બહાર કાઢે છે. અવકાશયાનને ચોખ્ખો નકારાત્મક ચાર્જ મેળવતા અટકાવવા માટે તટસ્થ બનાવવાની જરૂર છે, જે આયનોને અવકાશયાન તરફ પાછા આકર્ષિત કરશે અને દબાણને રદ કરશે. પ્રદર્શન દીર્ધાયુષ્ય આયન ઓપ્ટિક્સ પર સતત ગૌણ આયનોની થોડી માત્રા દ્વારા બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે અને તે ક્ષીણ થાય છે અથવા ક્ષીણ થાય છે, આમ એન્જિનની કાર્યક્ષમતા અને આયુષ્યમાં ઘટાડો થાય છે. ધોવાણ ઘટાડવા માટે ઘણી તકનીકોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો; સૌથી નોંધપાત્ર એક અલગ પ્રોપેલન્ટ પર સ્વિચ કરવાનું હતું. 1960 અને 1970 ના દાયકામાં પરીક્ષણો દરમિયાન બુધ અથવા સીઝિયમ પરમાણુઓનો ઉપયોગ પ્રોપેલન્ટ્સ તરીકે કરવામાં આવ્યો હતો, પરંતુ આ પ્રોપેલન્ટ્સને વળગી રહ્યા હતા અને ગ્રીડનું ધોવાણ કર્યું હતું. બીજી બાજુ, ઝેનોન પરમાણુઓ ઘણા ઓછા સડો કરતા હોય છે, અને લગભગ તમામ આયન થ્રસ્ટર પ્રકારો માટે પસંદગીના પ્રોપેલન્ટ બની ગયા છે. નાસાએ 16,000 કલાક (1.8 વર્ષ) થી વધુ સમય માટે એનએસટીએઆર થ્રસ્ટર અને 48,000 કલાક (5.5 વર્ષ) થી વધુ સમય માટે નેક્સ્ટ થ્રસ્ટરની સતત કામગીરીનું પ્રદર્શન કર્યું છે. નિષ્કર્ષણ ગ્રીડ પ્રણાલીઓમાં, ગ્રીડની ભૂમિતિ અને ઉપયોગમાં લેવાતી સામગ્રીમાં નાના તફાવતો જોવા મળે છે. આની અસર ગ્રીડ સિસ્ટમના કાર્યકારી જીવનકાળ પર પડી શકે છે. ચોક્કસ આવેગ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આયન થ્રસ્ટર્સે પણ 30-100 kN·s/કિલોગ્રામ અથવા 3,000 થી 10,000 સેકન્ડની ચોક્કસ આવેગ પ્રાપ્ત કરી છે, જે મોટાભાગના અન્ય આયન થ્રસ્ટર પ્રકારો કરતાં વધુ સારી છે. ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આયન થ્રસ્ટરોએ આયનને 100 કિમી/સેકન્ડની ઝડપે વેગ આપ્યો છે. ચાર ગ્રીડના ફાયદા જાન્યુઆરી 2006માં, યુરોપિયન સ્પેસ એજન્સીએ ઓસ્ટ્રેલિયન નેશનલ યુનિવર્સિટી સાથે મળીને સુધારેલા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આયન એન્જિન, ડ્યુઅલ-સ્ટેજ 4-ગ્રીડ (DS4G) ના સફળ પરીક્ષણની જાહેરાત કરી હતી, જેમાં 210 કિમી/સેકન્ડની એક્ઝોસ્ટ ઝડપ દર્શાવવામાં આવી હતી, જે અગાઉની સરખામણીએ ચાર ગણી વધારે હોવાનું કહેવાય છે, જે ચોક્કસ આવેગને મંજૂરી આપે છે જે ચાર ગણી વધારે છે. પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક આયન થ્રસ્ટર્સમાં માત્ર બે ગ્રીડ હોય છે, એક ઉચ્ચ વોલ્ટેજ અને એક નિમ્ન વોલ્ટેજ, જે આયન નિષ્કર્ષણ અને પ્રવેગક બંને કાર્યો કરે છે. જો કે, જ્યારે આ ગ્રીડ વચ્ચે ચાર્જનો તફાવત લગભગ 5 કેવી સુધી પહોંચે છે, ત્યારે ચેમ્બરમાંથી કાઢવામાં આવેલા કેટલાક કણો નીચા વોલ્ટેજ ગ્રીડ સાથે અથડાય છે, તેને ક્ષીણ કરે છે અને એન્જિનના લાંબા આયુષ્ય સાથે સમાધાન કરે છે. જ્યારે ગ્રીડની બે જોડીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે ત્યારે આ મર્યાદાને સફળતાપૂર્વક બાયપાસ કરવામાં આવે છે. પ્રથમ જોડી ઉચ્ચ વોલ્ટેજ પર કામ કરે છે, જે તેમની વચ્ચે લગભગ 3 કેવીનો વોલ્ટેજ તફાવત ધરાવે છે; આ ગ્રીડ જોડી ગેસ ચેમ્બરમાંથી ચાર્જ કરેલા પ્રોપેલન્ટ કણોને બહાર કાઢવા માટે જવાબદાર છે. ઓછી વોલ્ટેજ પર કામ કરતી બીજી જોડી, વિદ્યુત ક્ષેત્ર પ્રદાન કરે છે જે કણોને બહારની તરફ વેગ આપે છે, દબાણ બનાવે છે. નવા એન્જિનના અન્ય ફાયદાઓમાં વધુ કોમ્પેક્ટ ડિઝાઇનનો સમાવેશ થાય છે, જે તેને ઉચ્ચ થ્રસ્ટ સુધી વધારવાની મંજૂરી આપે છે, અને 3 ડિગ્રીનો સાંકડો, ઓછો ડાઇવર્જન્ટ એક્ઝોસ્ટ પ્લુમ, જે અગાઉ પ્રાપ્ત કરતાં પાંચ ગણો સાંકડો છે. આ થ્રસ્ટ વેક્ટર દિશામાં નાની અનિશ્ચિતતાને કારણે અવકાશયાનની દિશા સુધારવા માટે જરૂરી પ્રોપેલન્ટને ઘટાડે છે. પ્લાઝ્મા (ભૌતિકશાસ્ત્ર) લેખોની યાદી પણ જુઓ વિદ્યુત સંચાલિત અવકાશયાન પ્રોપલ્શન હોલ-ઇફેક્ટ થ્રસ્ટર આયન થ્રસ્ટર, HET વગેરે સાથે તુલનાત્મક કોષ્ટક ધરાવે છે ડ્યુઅલ-સ્ટેજ 4-ગ્રીડ વધુ વાંચન આયોડિન ઇલેક્ટ્રિક પ્રોપલ્શન સિસ્ટમનું ભ્રમણકક્ષામાં પ્રદર્શન કુદરત 2021 કામગીરીને અસર કરતી ડિઝાઇનની વિગતને આવરી લે છે સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ એરોજેટ (રેડમન્ડ, વોશિંગ્ટન યુએસએ)-ગ્રીડેડ આયન થ્રસ્ટર વેન્ડર એનએસટીએઆર આયન એન્જિન ટેક્નોલોજીસ ટુ ઇમ્પ્રૂવ આયન પ્રોપલ્શન સિસ્ટમ (પીડીએફ) ઇલેક્ટ્રિક થ્રસ્ટર સિસ્ટમ્સ (પીડીએફ) હાયપીઇપી ઇએસએ અને એએનયુ મેક સ્પેસ પ્રોપલ્શન બ્રેકથ્રુ ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક મોટર્સ પ્લાઝમા ટેકનોલોજી અને એપ્લિકેશન્સ આયન એન્જિન