Электрические реактивные двигатели будущего.

 

Отличительной особенностью электрических реактивных двигателей состоит в том, что

источник энергии и рабочее вещество разделены, а передача энергии от источника к рабочему веществу осуществляется с помощью электромагнитных взаимодействий.  Это позволяет получить высокие скорости истечения рабочего вещества. Это, в свою очередь, делает такой класс двигателей наиболее экономичным при выполнении транспортных работ в космосе. Вниманию посетителей сайта предлагается краткое описание некоторых  двигателей этого класса.

 

 

Среди класса электрореактивных двигателей основное внимание уделяется т.н. плазменно-ионному двигателю.

Отличительная его особенность в том, что в нём используется разряд с осциллирующими электронами. Двигаясь в

продольном магнитном поле сравнительно небольшой величины, электроны не могут сразу попасть на наружный

кольцевой электрод – анод и участвуют в неоднократных ионизирующих столкновениях. Ускорение ионов

происходит в продольном электрическом поле, а для компенсации на выходе ускорителя их объёмного заряда используется

катод – компенсатор.

 

Плазменно-ионные двигатели обладают высоким КПД в широком диапазоне удельных импульсов. Они характеризуются,

к тому же, низкими значениями плотности тяги. Т.е. удельная масса двигателя выше.

Плазменно-ионные двигатели прошли модельные испытания, однако полномасштабные испытания до сих пор не

выполнены.

Для решения задач управления и ориентации космических аппаратов наиболее удобными оказываются импульсные

плазменные двигатели. И наиболее перспективные в этом классе электрореактивных двигателей являются

эрозионные плазменные двигатели.

В этих двигателях плазменный сгусток создаётся при пропускании большого тока, возникающего при разряде

электрического конденсатора вдоль поверхности находящегося между электродами диэлектрика, материал которого

испаряется, ионизуется и ускоряется под действием электромагнитных сил или газодинамических сил.

Импульсный плазменный двигатель обладает тем преимуществом, что возможно большое число включений (до 10⁹);

малым значением одного импульса (около 100 мкН*с); отсутствием импульса последействия.

 

Электронагревные реактивные двигатели отличаются тем, что электрическая энергия в них расходуется на нагрев и

ускорение рабочего вещества при прохождении его через теплообменник. У двигателей этого типа минимальные

энергетические затраты на создание тяги. В результате экспериментальных исследований было установлено, что

оптимальным рабочим веществом для них является гидразин (H₂N)₂.

Гидразин представляет собой однокомпонентное эндотермическое топливо, поэтому при его химическом разложении

на водород и азот в присутствии катализатора выделяется энергия. Это позволило создать целый особый класс

электрореактивных двигателей – каталитические двигатели. Существуют и термокаталитические двигатели, в которых

более простые катализаторы, выполненные в форме опресованных проволочных спиралей, обладают большим ресурсом.

Наименьшие полученные значения тяги для таких двигателей составляют порядка 10 мН.

 

Область применения электрореактивных двигателей:

1. Управление движением космических

    кораблей

2. Корректировка орбиты, компенсация  торможения аппаратов в верхних слоях атмосферы, перевод с одной орбиты на другую

3. Транспортные операции, связанные с осуществлением полётов к Луне и другим планетам Системы

Основные рабочие характеристики электрореактивных двигателей:

- для управления космическими

  аппаратами:

тяга – от 0,01 Н до 0,001 Н

скорость истечения  - от 0,1 км/с до10 км/с ресурс работы – от 1000 ч до 10000 ч источник энергии – штатные солнечные батареи

- для корректировки орбиты, компенсации торможения, перевода с одной орбиты на другую: тяга – от 0,1 Н до 100 Н скорость истечения – от 10 км/с до 30 км/с ресурс работы – от 100 ч до 1000 ч источник энергии – штатные солнечные батареи

- для полётов к объектам Солнечной

  Системы:

тяга – от 10 Н до 1000 Н скорость истечения – от 20 км/с до 150 км/с ресурс работы  - 10000 ч до 5x10⁵ ч источник энергии – солнечные батареи повышенной мощности или ядерные энергодвигательные установки

Основные характеристики плазменно-ионных двигателей:

1. Электрическая потребляемая

    мощность – 1 кВт

2. Создаваемая тяга – 27 мН

3. Скорость истечения – 42 км/с

4. Тяговый КПД – 67%

5. Напряжение – 2800 В

6. Рабочее вещество – ртуть