За последние полвека физиками разработано много методов ионизации, но указанные выше жесткие требования к ионным источникам ракетных двигателей сильно ограничивают число таких методов, пригодных для нашего случая. Мы рассмотрим только те, которые можно считать наиболее перспективными для применения в ионных ракетных двигателях. Впрочем, решение этого вопроса требует еще дальнейших исследований.
Одним из наиболее широко применяющихся является метод ионизации на раскаленной металлической поверхности. Этот метод достаточно хорошо изучен, имеется множество посвященных ему исследований, разработано, испытано и применено большое число ионных источников такого типа (они называются контактными). Не удивительно, что в построенных за рубежом ионных ракетных двигателях до последнего времени чаще всего применялся именно такой источник.
Представьте себе сосуд, изготовленный из какого-либо металла и имеющий два отверстия — через одно из них внутрь сосуда должно поступать подлежащее ионизации рабочее вещество, через другое — вытекать струя ионов. Атомы рабочего вещества, попавшие внутрь сосуда, будут ударяться о его стенки. Как известно, обычно такое соударение никак не сказывается на атомах, они отскакивают от стенки и продолжают свое движение (так это происходит, например, с воздухом в вашей комнате). Но в некоторых случаях атом, соударяющийся со стенкой, теряет при этом свой внешний электрон, который как бы «сдирается» с его электронной оболочки атомами вещества стенки.
|
Затем, очевидно, нужно добиться того, чтобы все атомы паров цезия обязательно столкнулись, по меньшей мере один раз, с поверхностью вольфрама. Ни один атом не должен ускользнуть от этого, ибо он приведет к снижению коэффициента ионизации, т. е. доли ионизованных атомов в их общем числе, и, следовательно, к ухудшению работы источника, его утяжелению и др.
Материал ионизующей поверхности должен обладать высокой температурой плавления. Этому требованию вполне отвечают вольфрам (температура плавления 3370° С), рений (3167° С), углерод (3550° С). Вот почему наиболее часто предполагается применение именно этих веществ, в особенности вольфрама.