חוקרי הטכניון פיתחו מנוע רקטי חשמלי מהפכני ללוויינים קטנים

במנוע רקטי רגיל (מנוע דלק כימי), מהירות פליטת גזים לא עוברת 4-5 קילומטרים בשנייה, ואילו טווח מהירות זה במנוע רקטי חשמלי גדול יותר.

תיאור סכמטי של מנוע הול
תיאור סכמטי של מנוע הול

חוקרי מכון אשר לחקר החלל בטכניון פיתחו מנוע רקטי חשמלי מהפכני ללוויינים קטנים בשם "קמילא" (CAMILA – Co-Axial Magneto-Isolated Longitudinal Anode) ששייך לסוג המנועים הנקראים – "מנועי הול" (Hall Thrusters) אשר שימושם בלוויינים הולך וגדל. הטכניון רשם פטנט על הפיתוח, שהוצג כבר בשני כנסים בעולם ועורר עניין רב. עיקרון הפעולה של מנוע הול מבוסס על יינון (עקירת אלקטרונים מן האטומים) של הדלק (גז Xenon) והאצתו החשמלית בשדה מגנטי לעבר האגזוז (exhaust).

במכון אשר לחקר החלל בטכניון הוקמה מעבדה מיוחדת להנעה חשמלית, העוסקת בפיתוח מנועים אלו. ד"ר אלכסנדר קפולקין מהמכון פיתח את המנוע החדשני. הוא היה תלמידו של פרופסור אלכסי מרוזוב, מהמכון לאנרגיה גרעינית במוסקבה, שהיה אחד מאבות מפתחי המנועים הרקטיים החשמליים בעולם. ד"ר קפולקין ניהל בעבר את ה"מעבדה לפיסיקה והנדסה" בדנייפרופטרובסק ושימש כפרופסור בפקולטה להנדסת אווירונאוטיקה וחלל באוניברסיטת דנייפרופטרובסק, אוקראינה. הוא עלה ארצה בשנת 1999 והצטרף לטכניון בשנת 2000 כחוקר בכיר.

חוקרי הטכניון מסבירים כי במנוע רקטי רגיל (מנוע דלק כימי), מהירות פליטת גזים לא עוברת 4-5 קילומטרים בשנייה, ואילו טווח מהירות זה במנוע רקטי חשמלי גדול יותר. מהירות זאת נקבעת כתלות במשימת הלוויין כאשר ישנה "מהירות פליטת הגזים האופטימאלית". כיום המהירות האופטימאלית של מנוע רקטי חשמלי ברוב הלוויינים היא כ-20 קילומטרים בשנייה. המהירות הגבוהה המתקבלת במנועים אלו מאפשרת להקטין את כמות הדלק הנדרש לביצוע משימות חלל ולכן את מסת הלוויין, ובסופו של דבר לצמצם את עלויות השיגור. רוב הלוויינים המשוגרים כיום שייכים לקטגוריה של לוויינים קטנים הדורשים להפעלתם מנועים רקטיים חשמליים קטנים עם הספק נמוך, כמו זה שפותח בטכניון.

במנוע הטכניוני יש שלושה שינויים מיוחדים, שלא קיימים במנועי הול אחרים:

  1. הקונפיגורציה של האנודה השתנתה באופן מהותי. אם במנוע הול רגיל משטח עבודה של האנודה אנכי לציר מנוע, ב"קמילא" הוא אופקי.
  2. אספקת הדלק (גז Xenon) מתבצעת לא ישירות דרך האנודה אלא דרך כלי מיוחד שנקרא "מפזר גז" (gas distributor) המבודד ממגע אנודה.
  3. במנועי הול הקיימים כיום השדה מגנטי קרוב יותר לצורה רדיאלית (אנכי לציר המנוע) ואילו ב"קמילא" לשדה המגנטי קיימת קונפיגורציה מורכבת יותר. באזור תאוצת היונים (היציאה מהמנוע) השדה המגנטי הוא רדיאלי ובצד השני, הקרוב יותר לאנודה (אזור יוניזציה) – השדה המגנטי מקביל לציר המנוע.

שינוים עקרוניים ומהותיים אלו מונעים איבוד יונים לקירות המנוע, וכך נצילות המנוע עולה. בגלל השינויים שהוכנסו במנוע הול על ידי חוקרי הטכניון, צריכת הדלק קטנה וזה מאפשר להגדיל את יעילות נצילותם של מנועי ההול בלוויינים. מנוע הול שפותח בטכניון נועד בראש ובראשונה לתעשיית החלל הישראלית.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

14 תגובות

  1. בהמשך ל -2:
    תודה על התיקון של המאמר.
    באמת, ההמצאה היא יפה יפה. האם יש לה שימוש גם בטילים 'רגילים' (למשל – טק"א מהירים מאוד) – לא רק להרמת לווינים?
    אם כן – חשיבות ההמצאה אפילו גדולה יותר מהמתואר במאמר על פניו.

  2. אז עכשיו יש לך עוד סיבה להיזהר מכדורים של קלאצ' אבל אני מניח שהיו כבר מספיק סיבות גם קודם.
    שמור על עצמך!

  3. מיכאל, תודה רבה על התשובה.
    עכשיו סוף סוף אני מבין למה שמשחררים בלון מנופח הוא משתולל בחדר.
    לנו הגולנצ'יקים לוקח זמן לקלוט, אבל אחרי שזה נקלט רק כדור של קלאצ' יכול להוציא לנו את זה מהראש.

  4. קוקו:
    זה מובן מאליו.
    אין לחוקי ניוטון דבר וחצי דבר עם חיכוך.
    חוק הפעולה והתגובה (שבמקרה זה אינו אלא פנים אחרות של חוק שימור התנע) פועל ללא שום קשר לחיכוך.
    אם אתה מעיף משהו אחורה אז כדי שמרכז הכובד המשותף שלך ושל אותו משהו יישאר באותו מצב – אתה עצמך נזרק קדימה.
    בגולני בוודאי נתקלת ברתע של הרובה – זה בדיוק אותו דבר וגם זה לא קשור בחיכוך.

  5. משהו שלא ברור לי בנושא הנעה רקטית בחלל.
    אם כמעט ואין חיכוך בחלל, איך החוק השלישי של ניוטון מתקיים שם ומאפשר את הדחף ברקטה?

  6. קיבלתי במייל…

    פרופסור איינשטיין ואשתו יצאו לכמה ימי קמפינג. בנו אוהל וישבו לאכול.

    לאחר ארוחה דשנה ובקבוק יין טוב איחלו זה לזה לילה טוב ופרשו לשינה.

    כעבור כמה שעות גב' איינשטיין מתעוררת מעירה במרפק את הפרופסור.

    -"בעלי היקר, הבט לשמיים ואמור לי, מה אתה רואה?"

    -"מליוני כוכבים", ענה לה הפרופסור המכובד.

    -"ומה זה אומר לך?",

    איינשטיין חשב רגע ובמאמץ להרשים את אשתו אמר:

    "מבחינה אסטרונומית זה אומר שקיימים מליוני גלקסיות ופוטנציאלית – ביליוני כוכבי לכת.

    מבחינה כרונולוגית אני משער שאנו מתקרבים לשעה 3.15 אחר חצות,

    מבחינה תיאולוגית אני רואה שהקב"ה הוא כל יכול ואנחנו יצורים קטנטנים חסרי כל חשיבות,

    מבחינה מטאורולוגית אני משער שמחר נועד לנו יום יפה ושמש נפלאה!

    ומה זה אומר לך אשתי היקרה?"

    המתינה ואמרה:

    -"בעלי היקר, כל יום אתה הופך ליותר ויותר אידיוט – גנבו לנו את האוהל!

  7. לא מבין
    מורידים אלקטרון כדי להפוך את הגז ליונים חיוביים ואז מניעים אותם לאורך מגנטים כדי לתת להם תאוצה כשהם נפלטים מהמנוע ( מזכיר קצת את המאיצים ).
    בכל אופן זה נשמע תהליך שמושקעת בו אנרגיה רבה, אני מתאר לעצמי שמקולטי שמש. אבל מה עושים בחלל העמוק ? או שבגלל התכונה הזאת זה טוב באמת רק ללויינים.

  8. מה לגבי היישימות ?
    יש מצב שהמערת כבדה והדחף מאוד נמוך, כך שיתכן שרק עוד 20 שנה העסק יהי מעשי …

  9. נשמע כמו מדע בדיוני.."הקונפיגורציה של האנודה השתנתה באופן מהותי. אם במנוע הול רגיל משטח עבודה של האנודה אנכי לציר מנוע, ב"קמילא" הוא אופקי".כל הכבוד.

  10. במנוע הטכניוני יש שלושה שינויים מיוחדים, שלא קיימים במנועי הול אחרים:
    1. הקונפיגורציה של האנודה השתנתה באופן מהותי. אם במנוע הול רגיל משטח עבודה של האנודה אנכי לציר מנוע, ב"קמילא" הוא אופקי.

    2. אספקת הדלק (גז Xenon) מתבצעת לא ישירות דרך האנודה אלא דרך כלי מיוחד שנקרא "מפזר גז" (gas distributor) המבודד ממגע אנודה.

    3. במנועי הול הקיימים כיום השדה מגנטי קרוב יותר לצורה רדיאלית (אנכי לציר המנוע) ואילו ב"קמילא" לשדה המגנטי קיימת קונפיגורציה מורכבת יותר. באזור תאוצת היונים (היציאה מהמנוע) השדה המגנטי הוא רדיאלי ובצד השני, הקרוב יותר לאנודה (אזור יוניזציה) – השדה המגנטי מקביל לציר המנוע.
    שינוים עקרוניים ומהותיים אלו מונעים איבוד יונים לקירות המנוע, וכך נצילות המנוע עולה.
    בגלל השינויים שהוכנסו במנוע הול על ידי חוקרי הטכניון, צריכת הדלק קטנה וזה מאפשר להגדיל את יעילות נצילותם של מנועי ההול בלוויינים. מנוע הול שפותח בטכניון נועד בראש ובראשונה לתעשיית החלל הישראלית.

  11. "במנוע הטכניוני יש שלושה שינויים מיוחדים, שלא קיימים במנועי הול אחרים: 1. הקונפיגורציה …"
    היכן השניים האחרים?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן