¿Hay alguna razón posible para dirigir el cañón de electrones específicamente hacia el rastro de iones detrás de un propulsor de iones?

Esta respuesta a la neutralización de iones en el propulsor de iones cita la introducción al propulsor de iones de Wikipedia :

Los electrones almacenados temporalmente son finalmente reinyectados por un neutralizador en la nube de iones después de haber pasado a través de la rejilla electrostática, por lo que el gas vuelve a ser neutral y puede dispersarse libremente en el espacio sin más interacción eléctrica con el propulsor.

Pregunta: ¿Es realmente importante la neutralización del rastro de iones mediante la inyección de una cantidad igual y opuesta de carga desde el cañón de electrones? ¿Es necesario apuntar específicamente hacia el rastro de iones detrás de un propulsor de iones, o estaría bien apuntando en cualquier dirección? Los electrones de luz tendrán una velocidad tan alta que la nave espacial que no es probable que los vuelva a encontrar sin importar hacia dónde apunten.

Captura de pantalla recortada gratuita no relacionada del video de YouTube Star Trek - The Galileo Seven - comparación de efectos visuales . Sí, sé que no es propulsión de iones, pero me gusta imaginar que así es como se vería la luz de la recombinación en un plasma de iones.

captura de pantalla de Star Trek - The Galileo Seven - comparación de efectos visuales

Como autor de la respuesta inicial, me gusta esta pregunta. Creo que algunas partes son obvias: 1.) disparar los electrones en la dirección incorrecta produciría un empuje en la dirección incorrecta. 2.) debe colocar los electrones en algún lugar porque, de lo contrario, su S/C se cargará... pero creo que la parte más importante (para mí) es: incluso si los iones no se neutralizaran, ¿habría algún problema? con iones de "retorno".
@CallMeTom sí, dado que el impulso por partícula es pag = 2 metro mi y los electrones son 2000 veces menos masivos y probablemente emitidos a una décima parte del voltaje de aceleración, es como un efecto del 1%, pero eso sigue siendo muy importante y vale la pena usarlo correctamente. Por favor, siéntase libre de publicar una respuesta!
Creo que un factor importante puede ser que los iones positivos tiren de los electrones, lo que ayuda significativamente a que el cañón de electrones se deshaga de ellos.
de hecho, hice eso para los protones, para los iones, la relación de masa es otras 100 veces mayor, por lo que el empuje de electrones es inferior al 0,1% del empuje de iones.

Respuestas (1)

Ya hay muchos iones en el espacio, agregar algunos del propulsor no es realmente un gran problema. Se están moviendo tan rápido que realmente no hará una gran diferencia ser neutral o no, se están alejando de la nave espacial, y en el punto donde normalmente se inyectan los electrones, están lo suficientemente lejos como para que no importe mucho.

Habiendo dicho todo eso, los electrones deben ser arrojados para asegurarse de que la nave espacial no reciba una carga, y también podrías arrojarlos en la dirección general del movimiento, te dará una pequeña velocidad positiva. Como se muestra en esta imagen , estar perfectamente alineado con el vector de empuje no es tan importante. Ponerlo en el haz parece algo razonable, reduciendo la cantidad de iones en el espacio, pero no parece ser crítico.

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

Ya, aunque la anotación dice "... inyectado en el haz para neutralización", todavía no puedo entender por qué eso sería importante tampoco. ¿Alguna idea de quién o qué institución preparó esta imagen? Tal vez su fuente elabora sobre esa anotación.
Mi conjetura es para la neutralización de naves espaciales, pero... Veré qué más puedo desenterrar.
Esta respuesta parece estar basada casi por completo en sus conjeturas, y la imagen es solo una descripción general simplificada que es inútil para estimar cuán importante es alguna configuración geométrica. Puede tener razón en que básicamente no importa hacia dónde apunta la e-gun, pero me parece igualmente plausible que el gran bucle de corriente que crearía al colocarlo en otro lugar incurriría en interacciones magnéticas significativas y difíciles de controlar. .
Tener una gran nube de iones positivos detrás de la nave espacial altera el campo visto por el siguiente ion. Es, literalmente, un montón de carga espacial que realmente no quieres.
@JonCuster ¡Ese es un muy buen punto! ¡ La limitación de carga de espacio podría ser exactamente la respuesta! Los números aproximados pueden ser un voltaje de aceleración de 20 kV y una corriente de iones de 10 a 100 mA. A partir de eso, puede ser posible calcular la densidad de carga y el campo eléctrico, pero puede que no sea un cálculo simple a menos que se asuma que no hay divergencia del haz y que es un cilindro medio infinito de, digamos, 10 a 30 cm de diámetro.
Observo que está etiquetado como " neutralizador de puente de plasma de cátodo hueco ", lo que sugiere que puede optimizarse para descargar en una corriente de iones. generar electrones no es "gratis", por lo que puede ser más eficiente en energía eléctrica hacerlo de esta manera. No soy físico, pero puede ser una vía de investigación para ti @uhoh.
¿Hay alguna razón posible para dirigir el cañón de electrones específicamente hacia el rastro de iones detrás de un propulsor de iones?
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