Penujah ion atau pendorong ion adalah bentuk rejangan menggerakkan kapal angkasa secara menciptakan daya tujah dengan mempercepatkan kation sambil memanfaatkan tenaga elektrik. Istilah ini mengacu secara ketat pada penujah ion elektrostatik dan sering kali dikelirukan pada semua sistem rejang elektrik termasuk penujah plasma elektromagnetik. Penujah ion mengionkan gas neutral dengan mengeluarkan beberapa elektron dari atom menciptakan suatu awan ion positif. Hal ini bergantung pada fenomena elektrostatia kerana pemecutan ion-ion tersebut oleh Hukum Coulomb sepanjang medan elektrik. Elektron yang disimpan sementara akhirnya dikembalikan oleh peneutral dalam awan ion setelah elektron lepasi jaringan elektrostatik, sehingga gas menjadi bersifat neutral kembali dan dapat menyebar bebas luar angkasa tanpa interaksi lanjut kuasa elektrik dengan alat penujah. Pendorong elektromagnetik bekerja sebaliknya, menggunakan gaya Lorentz untuk melajukan semua ion (elektron bebas serta ion positif dan negatif) dalam arah yang sama apapun muatan elektriknya dan secara khusus disebut sebagai mesin penggerak plasma, dengan medan elektrik yang tidak searah pecutan.[1][2]
Pendorong ion dalam penggunaan operasional memerlukan daya input 1–7 kW (1.3–9.4 hp), kelajuan gas buang 20–50 km/s (45,000–112,000 mph), gaya dorong 25–250 milinewton (0.090–0.899 ozf) dan kecekapan 65–80%,[3][4] meskipun versi eksperimental telah mampu mencapai daya 100 kilowatt (130 hp) dan gaya dorong 5 newton (1.1 lbf).[5]
Kapal angkasa Deep Space 1 yang ditenagai oleh penujah ion mengubah kelajuannya menjadi 4.3 km/s (9,600 mph) dan mengonsumsi kurang dari 74 kg (163 lb) xenon. Kapal angkasa Dawn memecahkan catatan ini dengan perubahan kelajuan sebanyak 11.5 km/s (26,000 mph).[6]
Aplikasi dari mesin ini termasuk kawalan kemudi dan posisi satelit yang mengorbit (beberapa satelit memiliki puluhan penujah ion berdaya rendah) dan digunakan sebagai mesin penggerak utama untuk kapal-kapal angkasa robot berjisim rendah (seperti Deep Space 1 dan Dawn).[3][4]
Sejarah perkembangan
Orang pertama yang menulis makalah menggagaskan tujahan ion untuk makluman umum adalah Konstantin Tsiolkovsky pada tahun 1911.[7] Namun, dokumen pertama yang mempertimbangkan rejangan elektrik adalah buku catatan Robert H. Goddard dalam entri bertanggal 6 September 1906.[8] Eksperimen pertama dengan penujah ion dilakukan oleh Goddard di Universitas Clark 1916-1917.[9] Teknik ini dicadangkan untuk keadaaan hampir vakum pada aras tinggi, tetapi gaya tujah ditunjukkan dengan aliran udara terionisasi pada tekanan atmosfer. Gagasan itu muncul lagi dalam "Wege zur Raumschiffahrt" (Ways to Spaceflight) karya Hermann Oberth, yang diterbitkan pada tahun 1923, di mana ia menjelaskan pemikirannya tentang penghematan massa bahan bakar dalam penggunaan perejangan berelektrik, memperkirakan penggunaannya dalam perejangan kapal angkasa dan sifat kawalan, dan menganjurkan percepatan gas bermuatan secara elektrostatik.[7]
Penujah ion pertama berfungsi dibangunkan Harold R. Kaufman pada tahun 1959 di kemudahan Pusat Penyelidikan Glenn; model ini mirip dengan penujah ion elektrostatik menggunakan raksa sebagai bahan penujah. Ujian bawah orbit dilakukan selama 1960-an dan pada 1964, mesin dikirim ke penerbangan suborbit di atas Space Electric Rocket Test 1 (SERT 1).[10][11] Mesin ini berhasil beroperasi selama 31 menit seperti yang direncanakan sebelum jatuh ke Bumi.[12] Tes ini diikuti oleh uji orbital, SERT-2, pada tahun 1970.[13][14]
Bentuk alternatif tujahan elektrik penujah kesan Hall dipelajari pihak-pihak AS dan Kesatuan Soviet secara berasingan dan sendiri pada tahun-tahun 1950-an dan 1960-an. Penujah jenis ini beroperasi pada satelit Soviet dari tahun 1972 hingga akhir 1990-an, terutama digunakan untuk penstabilan satelit di arah Utara-Selatan dan Timur-Barat. Sekitar 100–200 unit mesin ini telah digunakan terpasang pada satelit-satelit Soviet dan Rusia sepanjang hayat peranti.[15]
Rujukan
- ^ Jahn, Robert G. (1968). Physics of Electric Propulsion (ed. 1st). McGraw Hill Book Company. ISBN 978-0070322448.
- ^ Jahn, Robert G.; Choueiri, Edgar Y. (2003). "Electric Propulsion". Encyclopedia of Physical Science and Technology. 5 (ed. 3rd). Academic Press. m/s. 125–141. ISBN 978-0122274107.
- ^ a b Choueiri, Edgar Y. (2009). New dawn of electric rocket. The Ion Drive
- ^ a b Choueiri, Edgar Y (2009). "New dawn of electric rocket". Scientific American. 300 (2): 58–65. Bibcode:2009SciAm.300b..58C. doi:10.1038/scientificamerican0209-58.
- ^ Jones, Brad and Bergan, Brad (2017) NASA’s New Ion Thruster Breaks Records, Could Take Humans to Mars
- ^ "The Human Exploration of Mars". Dicapai pada 3 May 2019.
- ^ a b Choueiri, E. Y. "A Critical History of Electric Propulsion: The First 50 Years (1906–1956)". Dicapai pada 2016-10-18.
- ^ Mark Wright, April 6, 1999, science.nasa.gov, Ion Propulsion 50 years in the making Diarsipkan
- ^ "Robert H. Goddard: American Rocket Pioneer". Smithsonian Scrapbook. Smithsonian Institution Archives. Dicapai pada March 28, 2012.
- ^ "Contributions to Deep Space 1". NASA.
- ^ Ronald J. Cybulski, Daniel M. Shellhammer, Robert R. LoveII, Edward J. Domino, and Joseph T. Kotnik, RESULTS FROM SERT I ION ROCKET FLIGHT TEST, NASA Technical Note D2718 (1965).
- ^ "Innovative Engines - Glenn Ion Propulsion Research Tames the Challenges of 21st Century Space Travel". Diarkibkan daripada yang asal pada 2007-09-15. Dicapai pada 2007-11-19. Unknown parameter
|dead-url=ignored (bantuan) - ^ NASA Glenn, "SPACE ELECTRIC ROCKET TEST II (SERT II) Diarkibkan 2011-09-27 di Wayback Machine (Accessed July 1, 2010)
- ^ SERT Diarsipkan page at Astronautix (Accessed July 1, 2010)
- ^ "Native Electric Propulsion Engines Today" (dalam bahasa Rusia). Novosti Kosmonavtiki. 1999. Diarkibkan daripada yang asal pada 6 June 2011.