Propulsor de ons Motor a ons

Um Propulsor de ons um dos diversos tipos de propulso espacial, que utiliza feixe de ons como fora propulsora. Os mtodos de acelerao de ons so variados, mas todos uti am a vantagem da relao carga-massa dos ons, acelerando-os a velocidades elevadas ut ilizando campos eltricos elevados. Dessa forma, um propulsor de ons capaz de conse guir um impulso especfico elevado com pequena massa de reao. Os propulsores de ons p ermitem uma eficincia maior que os propulsores a foguete tradicionais de combustve l lquido, porm com baixas aceleraes. O primeiro motor a on, conhecido como Motor de ons tipo Kaufman, foi desenvolvido por Harold R. Kaufman, fsico da NASA nos anos 1960, e foi baseado no Duoplasmatro n. Modelos de propulsores de ons Existem vrios modelos de propulsores de ons em desenvolvimento atualmente; alguns j em uso e outros ainda em testes. Alguns dos tipos so: Electrostatic ion thrusters Field Emission Electric Propulsion Hall effect thrusters Helicon Double Layer Thruster Electrodeless plasma thruster Pulsed inductive thruster Magnetoplasmadynamic thruster Variable specific impulse magnetoplasma rocket Outras formas de propulsores eltricos de alta eficincia foram tambm propostos. Para maiores detalhes, veja Propulso de naves espaciais Desenho Geral Diagrama de funcionamento de um motor a ons eletroesttico

No projeto mais simples, chamado motor a ons eletroesttico, um gs inerte como argnio ou vapor de mercrio so ionizados pela exposio a eltrons fornecidos por um ctodo. O assim produzidos so acelerados passando por uma grade altamente carregada eletro estaticamente. Eltrons so, ento, injetados dentro do fluxo de ons enquanto os ons car regados positivamente so ejetados pelo motor. Isso mantm a espaonave eletricamente neutra. A acelerao conseguida com uma pequena massa de reao (isto , o impulso espec o muito elevado). Uso de Energia A principal preocupao a quantidade de energia ou fora requerida para o funcionament o do motor, utilizada em parte para ionizar os materiais, mas principalmente par a acelerar os ons s velocidades extremamente altas requeridas para o perfeito func ionamento do motor. Velocidades de exausto da ordem de 30 km/s no so incomuns. Essa s velocidades so bem suporiores s velocidades conseguidas com os melhores foguetes qumicos, que chegam a 3 4.5 km/s. E isso conseguido com uma quantidade notavelment e baixa de propelente. Utilizando propulsores de ons, a maior parte da energia utilizada para impulsiona r os ons a alta velocidade, e isto afeta os nveis de presso. Sabemos que a presso to tal obtida de uma dada quantidade de energia inversamente proporcional velocidad e de exausto (desde que o consumo de energia por o quilograma do propulsor seja p roporcional velocidade da exausto, mas a presso por o quilograma do propulsor some nte proporcional velocidade da exausto [1]). Para aumentar a fora de exausto em 10

vezes, necessrio um aumento de 100 vezes da potncia eltrica. Para um exemplo extremo, um motor de on que usa um acelerador de partculas pode se r projetado para conseguir uma velocidade da exausto que aproxima a velocidade de luz. Isto poderia fornecer um impulso especfico de propulso que aproxima 30.000.0 00 segundos, mas este daria inevitvel uma fora de acelerao insignificante devido ao fluxo baixo do propulsor. Fora de Acelerao Na prtica, com as fontes de energia utilizadas atualmente com gerao de uns dez quil owatts, os motores a ons do somente foras extremamente modestas (frequentemente dez enas ou centenas de newtons). Os grandes motores de propulso de ons requerem fonte s de fora eltrica grandes e macias. Os motores do ons fornecem tipicamente taxas de acelerao para naves espaciais de 10-5 a 10-3 g (0.0001 m/s2 a 0.01 m/s2). Vida til Devido baixa fora de impulso, o tempo de vida do motor de ons torna-se importante. O motor deve ser mantido funcionando por uma grande parte do tempo, para garant ir uma acelerao contnua e permitir uma velocidade til. No projeto mais simples de motor inico, os ons frequentemente colidem com a grade aceleradora, produzindo desgaste na mesma e sua eventual falha. Grades acelerado res menores diminuem a probabilidade dessas colises, porm tambm diminuem a quantida de de carga eltrica que podem acumular, diminuindo assim a acelerao. [editar] Veja Tambm Propulso de naves espaciais Magnetic sail Nuclear electric rocket Hall effect thruster Field Emission Electric Propulsion Pulsed inductive thruster VASIMR Electrodeless plasma thruster