Kleine ionenmotoren kunnen nanosatellieten aandrijven

Wetenschappers hebben motoren ter grootte van een muntje ontwikkeld om nanosatellieten aan te drijven. De ionenaandrijving van de platte straalmotoren hebben voldoende kracht voor de kunstmanen ter grootte van een melkpak.

De kleine ionenmotoren die de wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology ontwikkeld hebben lijken op microchips, meten 1cm bij 1cm en zijn 2mm dik. De vierkante motoren bestaan uit meerdere lagen poreus materiaal en de bovenste laag bevat een raster van 500 metalen puntjes. Aan de onderkant zit een reservoir met ionen. Zodra er spanning op de 'chip' wordt aangebracht stoten de puntjes ionenstralen uit.

Bij 500 puntjes bedraagt de voortstuwingskracht 50 micronewton. Op aarde is dat nog niet voldoende om een papieren vliegtuigje aan te drijven maar in de ruimte is het genoeg om een apparaat met een gewicht van bijna een kilo voort te stuwen.

De motoren zijn daarmee ideaal om zogenoemde nanosatellieten aan te drijven. Er bevinden zich momenteel al meer dan 25 van dergelijke goedkoop te produceren CubeSats in een baan om de aarde, waaronder de Delfi-C3 van de TU Delft. De meeste hebben echter geen, of slechts een zeer basaal aandrijvingssysteem en zijn gedoemd te verbranden in de dampkring of als ruimteafval in de hogere lagen rond de aarde achter te blijven.

Aan het groeiende probleem van ruimteafval kunnen de micro-raketmotoren volgens de ontwikkelaars mogelijk een einde maken. Het Aeronautics-team bij het MIT, onder leiding van Paulo Lozano, stelt dat ze op een goedkope en efficiënte manier meer controle over kleine satellieten geven zodat die op den duur zelfs als een soort ruimte-vuilnisophalers zouden kunnen dienen.

Helaas!
De video die je probeert te bekijken is niet langer beschikbaar op Tweakers.net.

Reacties (50)

[Patrick_P]

Het woord straalmoter is hier verwarrend en niet correct.Een straalmotor heeft altijd een luchtinlaat. Aangezien er in de ruimte geen lucht is kan een straalmotor daar niet werken.

De motor is een ionenmotor:
NL uitleg: http://nl.wikipedia.org/wiki/Ionenmotor
US uitleg: http://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster

De MIT uitleg is niet diepgaand, maar een ionenmotor heeft een voortstuwingsstof nodig. Dat is de stof die je onder snelheid wegduwt van het ruimtevaartuig (de nano sateliet in dit geval). Het uitgestoten materiaal uit een ionenmotor zijn ionen (geladen deeltjes). Om die deeltjes te kunnen opladen heb je stroom nodig. Die betrek je uit bijvoorbeeld zonnecellen of een brandstofcel. Dan heb je verder natuurlijk wel deeltjes nodig die makkelijk zijn te ioniseren, bijvoorbeeld xenon of argon gas.

Het grote voordeel is dat je maar heel weinig gas nodig hebt omdat de deeltjes met hoge snelheid worden weggeschoten en daardoor een in verhouding tot hun massa grote reactie geven (actie is reactie, op die manier duw je de sateliet in tegengestelde richting als waar de deeltjes heen gaan). Hiermee kan de massa van de nano satellietjes dus klein blijven. In een lage baan rond de aarde kan zelfs genoeg 'lucht' aanwezig zijn om een voortstuwingsgas onnodig te maken. Met alleen electriciteit (die met zonnecellen dus niet opraakt) kun je dan in principe een kleine sateliet maken die zeer lang kan blijven functioneren. Vraag is of in zo'n lage baan de ionenmotor genoeg vermogen kan leveren om de wrijving te compenseren.

In de iets verdere ruimte zul je dus wel een gas moeten meenemen. In de echt diepe ruimte is natuurlijk minder zonlicht om electriciteit op te wekken. Dit soort motoren wordt in grotere uitvoeringen al decenia gebruikt op verschillende afstanden van de aarde. Dat de kracht van zo'n motor klein is wordt weer gecompenseerd door deze lange tijd aan te laten staan.

Al met al een heel interessante ontwikkeling. Door de miniaturisatie worden weer nieuwe dingen mogelijk tegen veel lagere kosten dan voorheen. Dit samen met het opbloeien van commerciele activiteiten kunnen de ruimtevaart hopelijk in een versnelling brengen.

[MsG]

Bij 500 puntjes bedraagt de voortstuwingskracht 50 micronewton. Op aarde is dat nog niet voldoende om een papieren vliegtuigje aan te drijven maar in de ruimte is het genoeg om een apparaat met een gewicht van bijna een kilo voort te stuwen.

Hoe wordt dit bedoeld? In de ruimte zelf is er toch geen onderscheid tussen een kilo en 1000 kilo? Dus het zou toch ook genoeg moeten zijn voor meer dan een kilo?

[Nerd4sale]

De massa verandert niet bij afwezigheid van zwaartekracht en wrijving, en daarmee verandert ook de impuls niet.

Strikt genomen is natuurlijk elke voortstuwing voldoende, hoe klein ook. Maar om de versnelling te meten bij een grote massa, heb je dan eerder een kalender nodig dan een klok.

[Maartenre]

Ze hoeven ook niet te versnellen, dat is nou precies waarom hij maar zo'n kleine motor nodig heeft.
Het is wel belangrijk dat hij in de juiste baan om de aarde blijft. De motor wordt dus gebruikt om hele kleine bijsturingen te verrichten.

[Aham brahmasmi]

Ze hoeven ook niet te versnellen, dat is nou precies waarom hij maar zo'n kleine motor nodig heeft.
Het is wel belangrijk dat hij in de juiste baan om de aarde blijft. De motor wordt dus gebruikt om hele kleine bijsturingen te verrichten.

Je kunt geen kracht uitoefenen zonder versnelling te creëren. F = m*a.
Elke voortstuwing, hoe klein en in welke richting ook, is per definitie een versnelling.

[Anoniem: 228624]

Bij voortstuwing is de energie die nodig is om een object te versnellen (en afremmen wat ook een soort negatieve versnelling is) linear aan de massa.

Om een object met een massa van 1 KG met 1 m/s^2 te versnellen is F=m*a = 1 * 1 = 1Newton nodig
Als een object met 1000 KG versneld moet worden is 1000 newton nodig

Deze motoren leveren maar 50 micronetwon.

Dat is in de praktijk genoeg voor 1 KG maar wordt praktisch onbruikbaar als de massa hoger wordt.

[TMon]

weerstand zal geen rol spelen, maar massatraagheid wel. Lijkt me zo

[teek2]

Idd, alleen zal die 1000 kilogram 1000 keer zo langzaam versnellen als 1 kilogram met dezelfde motor (kracht).

Omdat we hier lucht en zwaartekracht hebben heb je een bepaalde kracht nodig om wrijving en de valsnelheid te overkomen maar in de ruimte hoeft dat niet.

[Finraziel]

De zwaartekracht wordt dan door vieren gedeeld bedoel je... gaat kwadratisch.
Maar dan nog doet het niet echt ter zake. Die baan om de aarde, die hebben ze al, daar is die micromotor niet voor bedoeld. Hij is bedoeld om kleine correcties in die baan aan te brengen, niet om de zwaartekracht op te heffen.
Verandert het feit natuurlijk niet dat het door traagheid gewoon niet praktisch zou zijn om zwaardere objecten met zo'n kleine kracht te sturen en dat je in bepaalde situaties inderdaad te weinig vermogen zou kunnen hebben om bv een object naar de aarde of er van weg te duwen.

[Reactie gewijzigd door Finraziel op 23 juli 2024 00:13]

[sleezball]

Aan de onderkant zit een reservoir met ionen. Zodra er spanning op de 'chip' wordt aangebracht stoten de puntjes ionenstralen uit.

Wat ik me nu afvraag. Als er een beperkte hoeveelheid ionen meegaat in het chip reservoir, hoe lang gaat zo'n reservoir dan mee..? Slechts eenmalig of totdat het reservoir leeg is..? En hoe lang duurt het voor het reservoir leeg is..?

Met andere woorden, ik vraag me af wat de levensduur is van zo'n aandrijving. Is het genoeg om tot het einde der tijden te blijven werken of is er een geldigheidsdatum..?

[haarbal]

Hij raakt op, maar de ionen worden met zo'n enorme snelheid weggeschoten dat je er relatief weinig van verbruikt.

je gebruikt dus zonne-energie om ionen snel weg te schieten. F=M*A, M is klein, A gigantisch waardoor je toch nog een leuke F overhoudt.

[Reactie gewijzigd door haarbal op 23 juli 2024 00:13]

[Anoniem: 22659]

In het artikel staat dat deze motoren bedoeld zijn om aan het einde van de missie een thrust te geven om de satelliet terug in de dampkring te duwen zodat deze verbrand. Dit met het doel om ruimteafval te minimaliseren. De hoeveelheid brandstof zal dus voldoende moeten zijn om de baan dermate te vertragen dat de satelliet in een lagere orbit komt.

Een klein foutje in het nieuwsitem is natuurlijk dat dit geen straalmotor maar een ionen motor is (low thrust, itt tot een high thrust straalmotor).

Op de University van Strathclyde (https://www.strath.ac.uk/space/research/) vindt momenteel nog interessanter research plaats. Daar kijkt men naar de invloed van zonlicht op de baan van een satelliet. Door de reflectiviteit van een oppervlak te veranderen kun je een satelliet 'sturen', waardoor die techniek zowel kan dienen als voortstuwing tijdens de vlucht als aan het einde van de vlucht.

[notsonewbie]

Gave ontwikkeling weer dit!

Echter minder en kleiner afval maakt niet dat de rest er niet meer is, groei is groei.
Sterker nog, klein spul kan voor bijv. een ISS linker zijn als het ergens in/tussen komt dan een groter stuk.

Is het niet eens tijd voor een raket met (goedkope lijkt mij) 'RC raketjes' of die vanuit ISS / whatever, of een speciale satteliet daarvoor, zo veel mogelijk ruimteafval in een net vangen en richting de zon vliegen?

De vervuiler betaalt! :-)

Afvalheffing dus, x procent van de kosten voor zo'n satteliet die er ooit mee kapt of zo.

[Reactie gewijzigd door notsonewbie op 23 juli 2024 00:13]

[Anoniem: 402765]

Ruimte schroot gaan verzamelen met een net is vergelijkbaar met de hele atlantische oceaan gaan dreggen met een koffiefilter. Dan heb ik het nog niet eens over praktische problemen zoals waar dat net van gemaakt zou moeten worden.

[notsonewbie]

Lees de laatste alinea in het bericht nog eens, boven het clipje.

De ruimte is loos, geen bodem, geen x KM diep e.d.

Radar/weet ik veel brengt alles in de buurt in kaart
(voor zo ver het niet al in kaart is gebracht dat vullis)

En RC raketjes kunnen dat dan oppikken en richting zon sturen.

Althans ik zie het wel zo voor mij.
Nu nog afwachten wat de regeringen/NASA e.d. wereldwijd met zulke ideeen doen, wat duurder is, af en toe een botsinkje, of toch maar opruimen voor dat botsinkje grote gevolgen heeft die men niet wil bij bijv. nieuwe techniek proeven e.d..

[Aham brahmasmi]

En RC raketjes kunnen dat dan oppikken en richting zon sturen.

Veel te ver dus dat gaat teveel brandstof kosten. Terug naar aarde sturen en in de atmosfeer laten verbranden is een veel beter plan.

[notsonewbie]

Eenmaal in de goede richting en buiten het aardse aantrekkingskrachtveld mogen ze hun brandstof afsluiten / opfikken, ze 'drijven' vanzelf naar de zon.

Al die chemische en radioactieve ruimte troep over de aarde laten 'verpoederen' zou ik niet voor stemmen.

[Anoniem: 135819]

Eenmaal in de goede richting en buiten het aardse aantrekkingskrachtveld mogen ze hun brandstof afsluiten / opfikken, ze 'drijven' vanzelf naar de zon.

Zo werkt 't helaas niet. Je zal constant moeten afremmen om in de buurt van de zon te komen. Mercurius bereiken is al een crime; de MESSENGER-missie heeft een aantal kunstgrepen moeten uithalen om op de goeie plek aan te komen.

[Foxhound83]

Ja maar niemand heeft maar één koffiefilter op voorraad.

[MadButcher]

Wall-E

[eL_Jay]

Vette shit
Klinkt als een belangrijke stap in de nano-ruimtevaart en een doorbraak op het gebied van ruimteschoonmaak

Offtopic:

Aangezien er 150.000 stuks ruimtepuin groter dan een knikker rond onze aardkloot zweven en 35.000.000 stuks kleiner dan een knikker en dit aantal alleen maar zal toenemen met de ruimteplannen van China en India.
Willen we ongelukken met o.a. een ISS vermijden dan zal er haast moeten worden gemaakt

[Reactie gewijzigd door eL_Jay op 23 juli 2024 00:13]

[D.oomah]

Deze ruimteafval blijft wel rond zweven hoor, daar komen we voorlopig biet van af. Het ISS is gemaakt om impact van kleine deeltjes te overleven.

Het grote voordeel van deze kleine raketjes is de massa besparing. Normale raketten zijn relatief zwaar waardoor of de lancering duurder wordt of er wordt gekozen de sataliet onbestuurbaar te laten.

[Jhonny44]

Het grootste probleem met normale raketmotoren is dat je een brandstoftank mee moet nemen. Die ionentank is in vergelijking tot een vloeistof tank velen malen kleiner. Een standaard trappen raket heeft meer brandstof aan boord dan dat het een lading mee kan nemen, dat is op het moment het grootste probleem.

[Anoniem: 296748]

Om een illustratie te geven aan het "meer dan het aan lading mee kan nemen": een space shuttle heeft per kg "lading" vaak ongeveer 3000 liter brandstof nodig.

Als je dus een bank in je raket mee wil nemen heb je al een zwembad aan brandstof nodig...

[Anoniem: 415197]

Een andere manier van propulsie is dus wachten tot er ruimte-afval met een bepaalde snelheid langskomt, in de baan gaan zitten van dat afval, geraakt worden, en momentum krijgen

[teek2]

Wel raar dat die microstraalmotoren kleiner zijn dan de nanosatellieten

[aadje93]

meestal is de motor kleiner dan het object dat het moet voortstuwen...

[Dutch-gabber]

Meestal is micro groter dan nano

[mdj84nl]

misschien bestaan microsattelieten ook wel, en zijn die groter dan nanosattelieten. Maar bestaan er nog geen straalmotoren voor, en nu dus wel, en omdat die kleiner zijn dan de normale, worden ze micro genoemd

[K_VL]

Het is een mopje: micro (10^-6) is groter dan nano (10^-9).

Knap werk van die kerels!
Hopelijk wordt er eens kuis gehouden in wat er allemaal boven ons hoofd rondvliegt. Wie dat zal betalen is maar de vraag...

[Reactie gewijzigd door K_VL op 23 juli 2024 00:13]

[Freee!!]

Wie dat zal betalen

Zoete lieve Gerritje

[johnkessels87]

Iets met Nano en Micro?

[[Shadow]]

Heb je de Space Shuttle op het lanceerplatform goed bekeken? Daar is de motor(booster) een stuk groter dan het object

[Schramowski]

Micro en nano is relatief. De absolute grootte wordt bepaald door het woord dat erachter staat. Satellieten zijn waarschijnlijk sowieso groter dan straalmotoren.

Net zoals een mili-liter even veel is als een kubieke centimeter.

[SuperDre]

mooi hoor dat ze met zo iets kleins ter grootte van een chip toch zoiets kunnen voortstuwen.. op naar vele grotere varianten om nog grotere voertuigen te kunnen besturen in de ruimte, maar volgensmij is de ionendrive ansich niets nieuws, maar vooral het formaat van deze is de nieuwigheid..

[Kalief]

Ze zijn ook geschikt als ruimtemijnen. Ontplofbare satelietjes die min of meer stationair zijn maar hun eigen positie kunnen corrigeren.

[splrf]

Ze zijn niet de enige, in Europa is een soortgelijk initiatief: http://microthrust.eu

[BlackwaterEl1te]

haha iets voor de pirateBay om servers in de ruimte te hebben

[trogdor]

Daar kunnen ze vast wel een goedkopere locatie voor vinden.
Bijvoorbeeld een eilandstaat ergens. http://www.sealandgov.org/

[qlum]

Ze hebben inderdaad geprobeerd sealand te kopen maar de vorige eigenaren wouden het niet aan hen verkopen. Beetje off topic maar goed.

[Wolfos]

Wilden ze wel, maar het was erg duur en landen kan je wettelijk niet verkopen.

Maar goed, om weer on-topic te gaan:
waar is dit wel nuttig voor dan?

[Reactie gewijzigd door Wolfos op 23 juli 2024 00:13]

[StefanTs]

Onzin, je kunt landen prima verkopen. Dat de rest van de wereld het waarschijnlijk niet zal accepteren en je niet erkend maakt het niet minder jouw land na aanschaf. Maar Sealand wordt sowieso al niet erkend dus dat is verder geen probleem.

[supersnathan94]

Dan kunnenze ook letterlijk een piratebay aanleggen XD