Elektrikli itki sistemleri etki-tepki ilkesine göre çalışmaktadır. Fakat itki üretmek için kimyasal motorlarda açığa çıkan gaz yerine plazma atılır. Elektrikli itme motorları plazma oluşturma ve plazmaya hız kazandırma yöntemlerine bağlı olarak kendi içinde elektrotermal, elektrostatik, elektromanyetik itki motorları şeklinde üç kategoriye ayrılır. Farklı çeşitleri olmasına rağmen ızgaralı iyon motorları ve Hall iticileri yüksek performansları nedeni ile en çok kullanılan elektrikli itki motorlarıdır. Elektrostatik kategorisinde incelenen ızgaralı iyon motorları ve Hall iticileri, üzerinde en çok araştırma yürütülen itici sistemlerdir.

Izgaralı İyon Motorları

Izgaralı iyon motorlarında renksiz, kokusuz, tatsız ve patlama riski olmayan bir gaz (örneğin ksenon) deşarj odasında katottan çıkan elektronlar yardımı ile bombardıman edilir. Elektronlar ile çarpışan gaz haldeki moleküller iyonize olarak plazma yapısına dönüşür. Bu arada güçlü mıknatısların olduğu manyetik alan sayesinde elektronlar deşarj odası duvarlarına ulaşamaz ve deşarj odasında kalma süreleri ve gaz molekülleri ile çarpışma ihtimalleri bu sayede artar. Pozitif yüklü iyonlar pozitif potansiyelli ızgarada bulunan binlerce küçük delikten geçip plazmadan ayrışır. 1-10 kV’luk potansiyel enerji farkı altında elektrostatik etki ile negatif potansiyelli olan ızgaraya doğru hızlanan hareket yaparak dışarıya atılır. Bu sayede oluşan iyon ışınları ile bir itki kuvveti üretilmiş olur. İkinci katot ise ışın içinde yer alan pozitif iyonlara eşit miktarda elektron gönderip ışının elektriksel olarak nötr olmasını sağlar. Aksi takdirde uzay aracı negatif olarak yüklenir ve atılan pozitif yüklü iyonlar geri dönüp itkinin azalmasına ve uzay aracında deformasyona uğramasına sebep olur.

Hall İticileri

Yapısal olarak ızgaralı iyon motorlarından daha basit (örneğin yalnızca bir tane katot elektron tabancası vardır ve ızgarasız yapıdadır) olmalarına karşın Hall iticileri, plazma fiziği açışından daha karmaşık sistemlerdir. Hall iticilerinde yakıt olarak iyon motorlarındakine benzer olarak çoğunlukla ksenona benzer özellikte bir soy gaz kullanılır. Katottan gönderilen iyonlar (elektron) radyal manyetik alan içerisinde hapsedilir. Eksenel elektriksel ve radyal manyetik alana dik doğrultuda sürüklenerek iticiye adını veren Hall sistemini oluşturur. Ufak deliklerden gönderilen gaz molekülleri (Halkalı anot üzerinde yer alan) Hall akımını yaratan elektronlar ile çarpışıp plazmaya dönüşür. Bu plazmaya anot vasıtası ile voltaj (100V-1 kV) uygulanıp pozitif iyonlar hızlandırılır ve bu sayede itki üretilmiş olur. Hızlandırılan pozitif yüklü iyonlar katottan çıkan iyonların bir kısmını çekip elektriksel olarak nötr hale gelerek öyle kalır.
Izgaralı iyon motorları (daha yüksek düzeyde voltaj uygulanabildiğinden) Hall iticilerine göre daha üst bir egzoz hızına ulaşabilirler. Yani yakıt tasarrufları daha fazla olmaktadır. Fakat bir birimlik bir alanda anot ile katot içerisinden akabilecek elektron ya da pozitif iyon akımları sınırlı düzeyde olduğu için (buna uzay yük limiti denmektedir) ızgaralı iyon motorlarında ulaşılacak pozitif iyon akımı sınırlı olacağından itki de sınırlı olur. Hall iticilerinde ise pozitif iyonlar elektronlar ile birlikte hızlandırıldığı için plazmanın nötr yapısı korunmuş olur. Böylece uzay yük limitinden etkilenmeden daha çok itki kuvveti elde edilir. Bu farklardan dolayı yakıt tasarrufunun önemli olduğu derin uzay görevleri esnasında ızgaralı iyon motorları tercih edilirken çevik yörüngesel manevraların gerekli olduğu yakın görevlerde daha çok Hall iticiler tercih edilir.

Kaynakça:
Tübitak

Yazar: Taner Tunç

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here