Gridded ion thruster
گرڈڈ آئن تھرسٹر آئن تھرسٹرز کے لیے ایک عام ڈیزائن ہے، جو الیکٹروسٹیٹک قوتوں کے ساتھ آئنوں کو تیز کرنے کے لیے ہائی وولٹیج گرڈ الیکٹروڈ کا استعمال کرتے ہوئے برقی طاقت پر چلنے والا ایک انتہائی موثر کم زور والا خلائی جہاز پروپلشن طریقہ ہے۔ آئن انجن کا مظاہرہ سب سے پہلے جرمنی میں پیدا ہونے والے ناسا کے سائنسدان ارنسٹ اسٹہلنگر نے کیا تھا، اور اسے عملی شکل میں ہیرالڈ آر کافمین نے ناسا لیوس (اب گلین) ریسرچ سینٹر میں 1957 سے 1960 کی دہائی کے اوائل تک تیار کیا تھا۔ آئن پروپلشن سسٹم کے استعمال کا سب سے پہلے خلا میں ناسا لیوس "اسپیس الیکٹرک راکٹ ٹیسٹ" (ایس ای آر ٹی) I اور II کے ذریعے مظاہرہ کیا گیا۔ ان تھرسٹرز نے مرکری کو ری ایکشن ماس کے طور پر استعمال کیا۔ پہلا ایس ای آر ٹی-1 تھا، جسے 20 جولائی 1964 کو لانچ کیا گیا، جس نے کامیابی کے ساتھ ثابت کیا کہ ٹیکنالوجی خلا میں پیش گوئی کے مطابق کام کرتی ہے۔ دوسرا تجربہ، ایس ای آر ٹی-II، جو 3 فروری 1970 کو شروع کیا گیا تھا، نے دو مرکری آئن انجنوں کے ہزاروں گھنٹوں تک چلنے کی تصدیق کی۔ 1960 اور 70 کی دہائی میں مظاہرے کے باوجود، اگرچہ، وہ 1990 کی دہائی کے آخر سے پہلے شاذ و نادر ہی استعمال ہوتے تھے۔ ناسا گلین نے 1980 کی دہائی میں الیکٹروسٹیٹک گرڈڈڈ آئن تھرسٹرز تیار کرنا جاری رکھا، ناسا سولر ٹیکنالوجی ایپلی کیشن ریڈینیس (این ایس ٹی اے آر) انجن تیار کیا، جسے ڈیپ اسپیس 1 پروب پر کامیابی کے ساتھ استعمال کیا گیا، جو برقی پروپلشن کو بنیادی پروپلشن کے طور پر استعمال کرتے ہوئے بین الکلیاتی رفتار کو اڑانے کا پہلا مشن تھا۔ اس نے بعد میں ڈان ایسٹرائڈ مشن پر اڑان بھری۔ ہیوزز ایرکرافٹ کمپنی (اب ایل-3 ای ٹی آئی) نے اپنے جیوسنکرونس سیٹلائٹ (100 سے زیادہ انجن اڑانے والے) کو برقرار رکھتے ہوئے اسٹیشن کی کارکردگی کے لیے ایکس آئی پی ایس (زینون آئن پروپلشن سسٹم) تیار کیا ہے۔ ناسا فی الحال ایک 20-50 کلو واٹ الیکٹروسٹیٹک آئن تھرسٹر پر کام کر رہا ہے جسے ہائی پی ای پی کہا جاتا ہے جس میں اعلی کارکردگی، مخصوص قوت، اور این ایس ٹی اے آر سے زیادہ طویل زندگی ہوگی۔ 2006 میں ایرو جیٹ نے ایک پروٹو ٹائپ نیکسٹ آئن تھرسٹر کی جانچ مکمل کی۔ 1970 کی دہائی کے آغاز میں، گیسن یونیورسٹی اور ایرین گروپ میں ریڈیو فریکوئنسی آئن تھرسٹر تیار کیے گئے تھے۔ آر آئی ٹی-10 انجن یو آر ای سی اے اور آرٹیمس پر اڑ رہے ہیں۔ کینیٹک (یوکے) نے ٹی 5 اور ٹی 6 انجن (کاف مین قسم) تیار کیے ہیں، جو جی او سی ای مشن (ٹی 5) اور بیپی کولمبو مشن (ٹی 6) میں استعمال ہوتے ہیں۔ جاپان سے، مائکروویو کا استعمال کرتے ہوئے، میو 10 نے ہایابوسا مشن پر اڑان بھری۔ 2021 میں، ڈی اے آر ٹی نے ایک نیکسٹ-سی زینون آئن تھرسٹر لے کر لانچ کیا۔ 2021 میں، تھرسٹمی نے اپنے این پی ٹی 30-آئی 2 آیوڈین آئن تھرسٹر کا استعمال کرتے ہوئے سیٹلائٹ کے مدار میں تبدیلیوں کی اطلاع دی۔ آپریشن کا طریقہ پروپیلنٹ ایٹموں کو ڈسچارج چیمبر میں انجکشن کیا جاتا ہے اور آئنائز کیا جاتا ہے، جس سے پلازما بنتا ہے۔ خارج ہونے والے چیمبر کے لیے الیکٹروسٹیٹک آئنوں کی پیداوار کے کئی طریقے ہیں: ایک کھوکھلی کیتھوڈ اور انوڈ (این ایس ٹی اے آر، نیکسٹ، ٹی 5، ٹی 6 تھرسٹرز) کے درمیان ممکنہ فرق سے الیکٹران بمبارڈمنٹ (کافمین قسم) ایک متبادل برقی مقناطیسی کے ذریعے پیدا ہونے والے برقی میدان کا ریڈیو فریکوئنسی (آر ایف) ارتعاش، جس کے نتیجے میں خود کفیل خارج ہونے والا مادہ نکلتا ہے اور کسی بھی کیتھوڈ (آر آئی ٹی 10، آر آئی ٹی 22، ایم یو این-آر آئی ٹی تھرسٹرز) مائکروویو ہیٹنگ (ایم یو 10، ایم یو 20) کو چھوڑ دیتا ہے جو الیکٹروسٹیٹک آئن کی پیداوار کے طریقہ کار سے متعلق ہے، کیتھوڈ اور بجلی کی فراہمی کی ضروریات کی ضرورت ہے۔ الیکٹران بمبارڈمنٹ تھرسٹرز کو کم از کم کیتھوڈ، انوڈ اور چیمبر کو بجلی کی فراہمی کی ضرورت ہوتی ہے۔ آر ایف اور مائکروویو کی اقسام کو آر ایف جنریٹر کو اضافی بجلی کی فراہمی کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن کوئی انوڈ یا کیتھوڈ بجلی کی فراہمی نہیں ہوتی ہے۔ مثبت طور پر چارج شدہ آئن چیمبر کے نکالنے کے نظام (2 یا 3 ملٹی ایپرچر گرڈ) کی طرف پھیلتے ہیں۔ آئنوں کے گرڈ ہول پر پلازما کی چادر میں داخل ہونے کے بعد، وہ پہلے اور دوسرے گرڈ کے درمیان ممکنہ فرق سے تیز ہوتے ہیں (جسے بالترتیب اسکرین اور ایکسلریٹر گرڈ کہا جاتا ہے)۔ آئنوں کو طاقتور برقی میدان کے ذریعے نکالنے والے سوراخوں کے ذریعے ہدایت دی جاتی ہے۔ حتمی آئن توانائی کا تعین پلازما کی صلاحیت سے ہوتا ہے، جو عام طور پر اسکرین گرڈ کے وولٹیج سے قدرے زیادہ ہوتی ہے۔ ایکسلریٹر گرڈ کا منفی وولٹیج تھرسٹر کے باہر بیم پلازما کے الیکٹرانوں کو خارج ہونے والے پلازما میں واپس آنے سے روکتا ہے۔ یہ گرڈ میں ناکافی منفی صلاحیت کی وجہ سے ناکام ہو سکتا ہے، جو آئن تھرسٹرز کی آپریشنل لائف کے لیے ایک عام اختتام ہے۔ نیوٹن کے تیسرے قانون کے مطابق خارج شدہ آئن خلائی جہاز کو مخالف سمت میں آگے بڑھاتے ہیں۔ کم توانائی والے الیکٹرانوں کو ایک علیحدہ کیتھوڈ سے، جسے نیوٹرلائزر کہا جاتا ہے، آئن بیم میں خارج کیا جاتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ مثبت اور منفی چارج کی مساوی مقدار خارج ہو رہی ہے۔ خلائی جہاز کو خالص منفی چارج حاصل کرنے سے روکنے کے لیے غیر جانبدار کرنے کی ضرورت ہے، جو آئنوں کو خلائی جہاز کی طرف واپس راغب کرے گا اور زور کو منسوخ کر دے گا۔ کارکردگی لمبی عمر آئن آپٹکس پر مسلسل ثانوی آئنوں کی ایک چھوٹی سی مقدار کی طرف سے بمباری کی جاتی ہے اور اس طرح انجن کی کارکردگی اور زندگی کو کم کرتی ہے۔ کٹاؤ کو کم کرنے کے لیے کئی تکنیکیں استعمال کی گئیں ؛ سب سے قابل ذکر ایک مختلف پروپیلنٹ میں تبدیل ہونا تھا۔ مرکری یا سیزیم ایٹموں کو 1960 اور 1970 کی دہائیوں میں ٹیسٹ کے دوران پروپیلنٹ کے طور پر استعمال کیا گیا تھا، لیکن ان پروپیلنٹ نے ان پر عمل کیا، اور گرڈ کو ختم کر دیا۔ دوسری طرف زینون ایٹم بہت کم تباہ کن ہوتے ہیں، اور عملی طور پر تمام آئن تھرسٹر اقسام کے لیے پسند کا پروپیلنٹ بن جاتے ہیں۔ ناسا نے 16,000 گھنٹے (1.8 سال) سے زیادہ کے لیے این ایس ٹی اے آر تھرسٹر اور 48,000 گھنٹے (5.5 سال) سے زیادہ کے لیے نیکسٹ تھرسٹر کے مسلسل آپریشن کا مظاہرہ کیا ہے۔ نکالنے والے گرڈ کے نظام میں، گرڈ جیومیٹری اور استعمال شدہ مواد میں معمولی فرق پائے جاتے ہیں۔ اس سے گرڈ سسٹم کی آپریشنل لائف ٹائم پر اثر پڑ سکتا ہے۔ مخصوص امپلس الیکٹروسٹیٹک آئن تھرسٹرز نے بھی 30-100 kN·s/کلوگرام، یا 3,000 سے 10,000 سیکنڈ کا ایک مخصوص امپلس حاصل کیا ہے، جو زیادہ تر دیگر آئن تھرسٹر اقسام سے بہتر ہے۔ الیکٹروسٹیٹک آئن تھرسٹرز نے آئنوں کو 100 کلومیٹر فی سیکنڈ تک پہنچنے کی رفتار تک تیز کیا ہے۔ چار گرڈ کے فوائد جنوری 2006 میں، یورپی خلائی ایجنسی نے آسٹریلیائی نیشنل یونیورسٹی کے ساتھ مل کر ایک بہتر الیکٹروسٹیٹک آئن انجن، ڈوئل اسٹیج 4 گرڈ (ڈی ایس 4 جی) کی کامیاب جانچ کا اعلان کیا، جس میں 210 کلومیٹر فی سیکنڈ کی اخراج کی رفتار دکھائی گئی، جو مبینہ طور پر پہلے کے مقابلے میں چار گنا زیادہ ہے، جس سے ایک مخصوص قوت کی اجازت ملتی ہے جو چار گنا زیادہ ہے۔ روایتی الیکٹروسٹیٹک آئن تھرسٹرز میں صرف دو گرڈ ہوتے ہیں، ایک ہائی وولٹیج اور ایک لو وولٹیج، جو آئن نکالنے اور ایکسلریشن دونوں افعال انجام دیتے ہیں۔ تاہم، جب ان گرڈوں کے درمیان چارج کا فرق تقریبا 5 کے وی تک پہنچ جاتا ہے، تو چیمبر سے نکالے گئے کچھ ذرات کم وولٹیج والے گرڈ سے ٹکرا جاتے ہیں، جس سے اس کا کٹاؤ ہوتا ہے اور انجن کی لمبی عمر پر سمجھوتہ ہوتا ہے۔ جب دو جوڑے گرڈ استعمال کیے جاتے ہیں تو اس حد کو کامیابی سے نظرانداز کیا جاتا ہے۔ پہلا جوڑا ہائی وولٹیج پر کام کرتا ہے، جس میں ان کے درمیان تقریبا 3 کے وی کا وولٹیج فرق ہوتا ہے۔ یہ گرڈ جوڑا گیس چیمبر سے چارج شدہ پروپیلنٹ ذرات کو نکالنے کے لیے ذمہ دار ہے۔ دوسرا جوڑا، جو کم وولٹیج پر کام کرتا ہے، برقی میدان فراہم کرتا ہے جو ذرات کو باہر کی طرف تیز کرتا ہے، اور زور پیدا کرتا ہے۔ نئے انجن کے دیگر فوائد میں ایک زیادہ کمپیکٹ ڈیزائن شامل ہے، جس سے اسے زیادہ زور تک بڑھایا جا سکتا ہے، اور 3 ڈگری کا ایک تنگ، کم متفرق راستہ، جو مبینہ طور پر پہلے کے مقابلے میں پانچ گنا تنگ ہے۔ اس سے تھرسٹ ویکٹر کی سمت میں چھوٹی چھوٹی غیر یقینی صورتحال کی وجہ سے خلائی جہاز کی سمت کو درست کرنے کے لیے درکار پروپیلنٹ کم ہو جاتا ہے۔ پلازما (طبیعیات) مضامین کی فہرست بھی دیکھیں برقی طاقت سے چلنے والے خلائی جہاز پروپلشن ہال ایفیکٹ تھرسٹر آئن تھرسٹر، ایچ ای ٹی وغیرہ کے ساتھ موازنہ ٹیبل ہے ڈوئل اسٹیج 4 گرڈ مزید پڑھنے میں آیوڈین الیکٹرک پروپلشن سسٹم کا مدار میں مظاہرہ نیچر 2021 میں ڈیزائن کی تفصیل کا احاطہ کیا گیا ہے جو کارکردگی کو متاثر کرتی ہے حوالہ جات بیرونی روابط ایروجیٹ (ریڈمنڈ، واشنگٹن یو ایس اے)-گرڈڈ آئن تھرسٹر وینڈر این ایس ٹی اے آر آئن انجن ٹیکنالوجیز ٹو امپروو آئن پروپلشن سسٹم (پی ڈی ایف) الیکٹرک تھرسٹر سسٹم (پی ڈی ایف) ہائی پی ای پی ای ایس اے اور اے این یو میک اسپیس پروپلشن بریک تھرو الیکٹروسٹیٹک موٹرز پلازما ٹیکنالوجی اور ایپلی کیشنز آئن انجن