Gibt es einen möglichen Grund, die Elektronenkanone speziell auf die Ionenspur hinter einem Ionentriebwerk zu richten?

Diese Antwort auf die Neutralisierung von Ionen im Ionentriebwerk zitiert die Einführung zum Ionentriebwerk von Wikipedia :

Temporär gespeicherte Elektronen werden schließlich von einem Neutralisator wieder in die Ionenwolke injiziert, nachdem sie das elektrostatische Gitter passiert hat, sodass das Gas wieder neutral wird und sich ohne weitere elektrische Wechselwirkung mit dem Triebwerk frei im Raum verteilen kann.

Frage: Ist die Neutralisierung der Ionenspur durch Injektion einer gleichen und entgegengesetzten Ladungsmenge von der Elektronenkanone wirklich wichtig? Muss es speziell auf die Ionenspur hinter einem Ionentriebwerk gerichtet werden, oder würde es in jede Richtung zeigen? Die leichten Elektronen werden eine so höhere Geschwindigkeit haben als das Raumschiff, dass es ihnen wahrscheinlich nicht wieder begegnen wird, egal wohin sie zeigen

Unabhängige, unbegründete, abgeschnittene Bildschirmaufnahme aus dem YouTube-Video Star Trek – The Galileo Seven – Vergleich der visuellen Effekte . Ja, ich weiß, es ist kein Ionenantrieb, aber ich stelle mir gerne vor, dass das Licht der Rekombination in einem Ionenplasma so aussehen würde.

Screenshot aus Star Trek - The Galileo Seven - Vergleich der visuellen Effekte

Als Autor der ersten Antwort mag ich diese Frage. Ich denke, einige Teile sind offensichtlich: 1.) Das Schießen der Elektronen in die falsche Richtung würde einen Schub in die falsche Richtung erzeugen. 2.) Sie müssen die Elektronen irgendwo platzieren, weil sonst Ihr S / C aufgeladen wird .... aber ich denke, der wichtigste Teil (für mich) ist: Selbst wenn die Ionen nicht neutralisiert würden, gäbe es ein Problem mit "zurückkehrenden" Ionen.
@CallMeTom ja, da Impuls pro Partikel ist P = 2 M E und die Elektronen haben eine 2000-mal geringere Masse und werden wahrscheinlich bei einem Zehntel der Beschleunigungsspannung emittiert, es ist wie ein 1%-Effekt, aber das ist sicherlich immer noch sehr wichtig und es lohnt sich, es richtig zu verwenden. Bitte zögern Sie nicht, eine Antwort zu posten!
Ich denke, ein wesentlicher Faktor kann sein, dass die positiven Ionen die Elektronen anziehen und der Elektronenkanone erheblich dabei helfen, sie loszuwerden.
Eigentlich habe ich das für Protonen gemacht, für Ionen ist das Massenverhältnis noch 100-mal größer, sodass der Elektronenschub weniger als 0,1% des Ionenschubs beträgt.

Antworten (1)

Es gibt bereits viele Ionen im Weltraum, ein paar vom Triebwerk hinzuzufügen ist keine große Sache. Sie bewegen sich so schnell, dass es keinen großen Unterschied macht, ob sie neutral sind oder nicht, sie entfernen sich vom Raumschiff, und an dem Punkt, an dem normalerweise Elektronen injiziert werden, sind sie weit genug entfernt, dass es keine große Rolle spielt.

Abgesehen davon müssen die Elektronen herausgeschleudert werden, um sicherzustellen, dass das Raumschiff keine Ladung erhält, und Sie können sie genauso gut in die allgemeine Bewegungsrichtung werfen, es gibt Ihnen eine kleine positive Geschwindigkeit. Wie in diesem Bild gezeigt , ist es nicht so wichtig, perfekt auf den Schubvektor ausgerichtet zu sein. Es scheint vernünftig zu sein, es in den Strahl zu bringen, um die Menge an Ionen im Weltraum zu reduzieren, aber es scheint nicht kritisch zu sein.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/36/Ion_engine.svg/1920px-Ion_engine.svg.png

Ja, während die Anmerkung "... zur Neutralisierung in den Strahl injiziert" sagt, kann ich immer noch nicht herausfinden, warum das auch wichtig wäre. Irgendeine Idee, wer oder welche Institution dieses Bild erstellt hat? Vielleicht geht die Quelle auf diese Anmerkung ein.
Ich vermute, dass Raumschiffe neutralisiert werden, aber... Mal sehen, was ich sonst noch ausgraben kann.
Diese Antwort scheint fast ausschließlich auf Ihrer Vermutung zu beruhen, und das Bild ist nur eine vereinfachte Übersicht, die für Schätzungen darüber, wie wichtig eine geometrische Konfiguration ist, nutzlos ist. Sie mögen Recht haben , dass es im Grunde egal ist, wohin die E-Pistole gerichtet ist, aber ich würde es ebenso plausibel finden, dass die große Stromschleife, die Sie erstellen würden, indem Sie sie an einer anderen Stelle platzieren, erhebliche und schwer zu kontrollierende magnetische Wechselwirkungen verursachen würde .
Eine große Wolke positiver Ionen hinter dem Raumschiff verändert tatsächlich das Feld, das vom nächsten Ion gesehen wird. Es ist buchstäblich ein Haufen Raumladung, die Sie wirklich nicht wollen.
@JonCuster Das ist ein wirklich guter Punkt! Raumladungsbegrenzung könnte genau die Antwort sein! Richtwerte könnten 20 kV Beschleunigungsspannung und 10 bis 100 mA Ionenstrom sein. Daraus lässt sich möglicherweise die Ladungsdichte und das elektrische Feld berechnen, aber es ist möglicherweise keine einfache Berechnung, es sei denn, man geht davon aus, dass der Strahl nicht divergiert und dass es sich um einen halb unendlichen Zylinder mit einem Durchmesser von etwa 10 bis 30 cm handelt.
Ich stelle fest, dass es als "Hohlkathoden- Plasmabrückenneutralisator " bezeichnet ist, was darauf hindeutet, dass es möglicherweise für die Entladung in einen Ionenstrom optimiert ist. Das Erzeugen von Elektronen ist nicht "frei", daher ist es möglicherweise effizienter, dies auf diese Weise zu tun. Ich bin kein Physiker, aber es könnte ein Weg der Forschung für Sie sein @uhoh.
Gibt es einen möglichen Grund, die Elektronenkanone speziell auf die Ionenspur hinter einem Ionentriebwerk zu richten?
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