Магнитоплазмодинамический двигатель — гипотетически самый совершенный на сегодняшний день тип электрических ракетных двигателей. По силе тяги превосходит ионный и холловский двигатели и способен работать главным тяговым двигателем для тяжелых пилотируемых и грузовых космических кораблей. Например «литиевый» МПД-двигатель а2 проекта НАСА способен доставить к Марсу пилотируемую космическую экспедицию на корабле с ядерной силовой установкой. Однако МПД двигатель пока не готов для практического применения.
Первый МПДД был изобретён Ю. В. Кубаревым в 1958 году.
Схема МПД двигателя МПД-двигатель имеет габариты, сравнимые с обычным ведром, способен перерабатывать около мегаватта мощности от солнечного или ядерного источника и обеспечивает скорости истечения от 15 до 60 км/с.
Помимо большей мощности МПД двигатель отличается возможностью менять силу тяги путем усиления или ослабления электрического тока или потока рабочего вещества, что позволяет выбирать оптимальные режимы работы.
МПД двигатель появился в рамках дальнейших попыток повысить плотность тяги электроракетного двигателя. МПД двигатель имеет центральный катод, вокруг которого расположен цилиндрический анод. В пространство между катодом и анадом закачивается рабочеее тело (пары лития). Между катодом и анодом создается электрический ток, который в свою очередь порождает магнитное поле. Электрический ток превращает атомы лития в положительные ионы (ионизирует). В результате взаимодействия магнитного поля и породившего его электрического тока появляется сила Лоренца, которая и ускоряет ионы в направлении сопла двигателя. преимуществом МПД двигателя по сравнению с холловским является то, что электрический ток не совпадает с потоком частиц, а идет вдоль него. Благодаря этому электрический ток меньше ослабляется от столкновений электронов и ионов.
Тактико-технические характеристики:
cyclowiki.org
Изобретение относится к электроракетным двигателям. Магнитоплазмодинамический двигатель содержит анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью активирующего вещества на основе бария и нагревателем. Емкость активирующего вещества выполнена кольцеобразной формы из тугоплавкого металла и охватывает нагреватель и испаритель лития, внутри емкости расположен пористый вкладыш с высокой пористостью, пропитанный активирующим веществом. Одним торцом емкость состыкована с монтажным фланцем, а другим герметично соединена с катодом и корпусом испарителя лития, при этом в стенке емкости, сообщающейся с внутренней полостью катода, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия. В способе работы двигателя, включающем измерение и поддержание постоянными величин тока разряда и расхода рабочего тела, дополнительно измеряют напряжение между катодом и нейтральной вставкой и при увеличении его на 12-15% включают нагреватель катода. Изобретение позволяет упростить двигательную установку и снизить ее вес. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД).
Магнитоплазмодинамический двигатель (МПДД), в России его также называют торцевым сильноточным двигателем (ТСД), обладает рядом преимуществ по отношению к другим типам ЭРД: он имеет наиболее высокую плотность тяги (отношение тяги к площади максимального поперечного сечения двигателя), высокую электрическую мощность единичного модуля в сочетании с высокими достижимыми значениями тяги, удельного импульса и КПД и обладает возможностью непосредственной стыковки с космической энергоустановкой (без использования преобразователя напряжения энергоустановки).
Известен МПДД [1], работающий на литии, включающий многополосной катод, нагреватель, анод, системы подачи лития и охлаждения. Для поддержания постоянной величины тяги в таком двигателе поддерживают постоянными ток разряда и расход лития. Значительным недостатком этого двигателя является функционирование его лишь в течение десятков часов.
Также известен МПДД [2], принятый за прототип, содержащий анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью активирующего вещества на основе бария и нагревателем. Емкость активирующего вещества в виде ампулы размещена в полости катода-испарителя. Такой двигатель на мощности до 500 кВт отработал около 500 часов.
При работе МПД двигателя рабочее тело (литий) от специальной системы подачи и дозировки подается в жидком состоянии с заданным расходом (при мощности 500 кВт расход лития равен ~0,3-0,35 г/c) в нагретый до температуры 1000°С катод-испаритель, после которого пар лития ионизируется в каналах многополостного катода и поступает в разрядный промежуток. Образовавшаяся плазма ускоряется в собственном магнитном поле сильноточного дугового разряда. При этом измеряют и поддерживают постоянными величину тока разряда и расход рабочего тела (лития), что позволяет поддерживать номинальный режим работы двигателя. Использование активирующего вещества на основе бария в многополостных катодах МПДД позволяет снизить температуру катода с 3000-3100К до 1730-1750К, т.е. на несколько порядков уменьшить скорость эрозии вольфрама. Испытания показали, что при этом скорость уноса бария мала и составляет лишь ~0,1-0,5% от величины расхода лития. Учитывая, что размеры катода-испарителя не позволяют разместить во внутренней полости катода ампулу объемом более 150-200 см3, такого запаса бария хватает примерно на 500 часов. Необходимый ресурс двигателя должен на порядок превышать эту величину.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса работы МПДД.
Поставленная задача решается тем, что в магнитоплазмодинамическом двигателе, содержащем анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью активирующего вещества на основе бария и нагревателем, емкость активирующего вещества выполнена кольцеобразной формы из тугоплавкого металла и охватывает нагреватель и испаритель лития, внутри емкости расположен пористый вкладыш с высокой пористостью, пропитанный активирующим веществом, одним торцом емкость состыкована с монтажным фланцем, а другим герметично соединена с катодом и корпусом испарителя лития, при этом в стенке емкости, сообщающейся с внутренней полостью катода, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия.
Поставленная задача также решается тем, что в способе работы магнитоплазмодинамического двигателя, включающем измерение и поддержание постоянными величин тока разряда и расхода рабочего тела, дополнительно измеряют напряжение между катодом и нейтральной вставкой и при увеличении его на 12-15% включают нагреватель катода.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и снижение веса двигательной установки, так как для увеличения ресурса работы не требуется специальной автономной системы подачи активирующего вещества на основе бария.
На чертеже представлена конструкция предлагаемого МПДД.
МПДД состоит из анода 1, нейтральной вставки 2, изоляторов 3, управляющего соленоида 4, монтажного фланца 5, многополостного катода 6, испарителя лития 7 и нагревателя 8. Емкость активирующего вещества 9 выполнена из тугоплавкого металла и имеет кольцевую форму, охватывая нагреватель 8 и испаритель лития 7. Во внутренней полости емкости 9 расположен пористый вкладыш 10 с высокой пористостью (выше 50%), пропитанный активирующим веществом на основе бария. Со стороны одного торца емкость 9 состыкована с монтажным фланцем 5 и прикреплена к нему, а с другой стороны - герметично соединена с катодом 6 и корпусом испарителя лития 7, причем в стенке емкости 9, сообщающейся с внутренней полостью катода 6, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия 11. Анод 1, управляющий соленоид 4, нейтральная вставка 2 и катод-испаритель, прикрепленный к монтажному фланцу 5, соединены с помощью изоляторов 3 и крепежных деталей 12.
Предлагаемый МПДД работает следующим образом. Литий с заданным расходом в жидком состоянии подают в испаритель лития 7, нагретый с помощью нагревателя 8 до температуры 1000-1100°С, из которого пар лития поступает во внутренние полости многополостного катода 6, где ионизируется. Плазма лития попадает в разрядный промежуток между катодом 6 и анодом 1 и ускоряется в собственном магнитном поле дугового разряда. Поступающий из источника активирующего вещества 9 барий и его окислы адсорбируются на вольфраме катода 6, значительно снижая работу выхода вольфрама, что приводит к уменьшению температуры катода 6 на примерно 1300°С. Эксперимент показал, что скорость уноса активирующего вещества на основе бария составляет ~0,1% от расхода лития, т.е. для работы МПДЦ мощностью ~500 кВт в течение 5000 часов необходимый запас активирующего вещества на основе бария составляет около 6,5 кг, занимающей объем ~1,5 литра. В ампуле двигателя-прототипа можно поместить на порядок меньше активирующего вещества. В предложенном двигателе при пористости вкладыша 10 порядка 70% объем источника активирующего вещества составит ~2 литра. При работе МПДЦ на указанной мощности на катоде выделяется более 10 кВт энергии, что достаточно, чтобы при выключенном нагревателе 8 испарять необходимый расход лития и активирующего вещества. Как показал эксперимент, достаточность расхода активирующего вещества с большой точностью определяется постоянным значением падения потенциала между катодом и нейтральной вставкой. Так при увеличении указанного падения потенциала на 12-15% температура катода возрастает на 30-40°С, что характеризует уменьшение степени покрытия катода активирующим веществом на основе бария. В предложенном способе работы двигателя на постоянном по расходу лития и по току разряда режиме при увеличении падения потенциала на 12-15% включают нагреватель 8 для увеличения температуры источника активирующего вещества, т.е. для увеличения его расхода. При восстановлении номинального значения падения потенциала между катодом и нейтральной вставкой нагреватель выключают.
Преимуществом предлагаемого изобретения является увеличение ресурса работы МПДД в десять раз без использования специальной автономной системы подачи активирующей присадки на основе бария, что значительно упрощает и облегчает двигательную установку с использованием МПДД.
Литература.
1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Ионные и плазменные ракетные двигатели. Т.4. М.: Наука, 2000, с.316-320.
2. Агеев В.П., Островский В.Г. Магнитоплазмодинамический двигатель большой мощности непрерывного действия на литии. М.: Наука, «Известия Российской академии наук. Энергетика», 2007, №3, с.82-95.
1. Магнитоплазмодинамический двигатель, содержащий анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью с активирующим веществом на основе бария и нагревателем, отличающийся тем, что емкость активирующего вещества выполнена кольцеобразной формы из тугоплавкого металла и охватывает нагреватель и испаритель лития, внутри емкости расположен пористый вкладыш с высокой пористостью, пропитанный активирующим веществом, со стороны одного торца емкость состыкована с монтажным фланцем двигателя, а со стороны другого герметично соединена с катодом и корпусом испарителя лития, при этом в стенке емкости, сообщающейся с внутренней полостью катода, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия.
2. Способ работы магнитоплазмодинамического двигателя, включающий измерение и поддержание постоянными величин тока разряда и расход рабочего тела, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение между катодом и нейтральной вставкой и при увеличении его на 12-15% включают нагреватель катода.
Врэж Багратуни, 19 января 2014Новый двигатель для полетов на Марс создали в ВоронежеВ воронежском Конструкторском бюро химавтоматики (КБХА) начались стендовые испытания магнитоплазмодинамического двигателя. В этом двигателе рабочее тело в плазменном состоянии ускоряют за счет взаимодействия тока разряда с магнитным полем при преобразовании тепловой энергии в кинетическую энергию струи. Этот электрореактивный двигатель может использоваться для дальних космических полетов. Модель была создана в лаборатории наукоемкого и высокотехнологичного приборостроения Московского государственного университета приборостроения и информатики. Там в течение двух лет установка проходила обкатку. Основная схема двигателя кроме этого применялась в натурных космических экспериментах в системе снятия статических зарядов с поверхностей космических аппаратов. Эти двигатели устанавливались на головных частях метеорологических ракет МР-12 и МР-20. В ходе испытаний планируется изучить процессы образования плазмы в двигателе и проверить теоретические расчеты. Нынешняя серия экспериментов позволит улучшить конструкцию двигателя и послужит основой для создания модели, специально предназначенной для дальних космических полетов, заявил руководитель научного проекта Юрий Кубарев. По сравнению с аналогами, разрабатываемыми в США и Германии, у российского двигателя будет больше КПД струи. Двигатель в перспективе сможет разгонять и тормозить ракету без изменения режима работы самого двигателя. Ученые ожидают, что уже в 2014 году будет создан магнитоплазмодинамический двигатель мощностью 100 кВт, который можно будет использовать для доставки грузов на Марс. Внедрение подобных двигателей способно начать новую эру ракетостроения после создания твердотопливных и жидкостных ракет. -------------------------- В настоящее время электроракетные двигатели применяются для коррекции и стабилизации параметров рабочей орбиты космических аппаратов. С ростом мощности бортовых энергоустановок такие двигатели становятся эффективными и в решении других задач. Например, для выведения космических аппаратов с низких на высокие орбиты, а также осуществления полетов в дальний космос. Сейчас для этих целей применяются электроракетные двигатели ионного или стационарного плазменного типа. Мощность их принципиально ограничивается величинами до десятков киловатт, так что для пилотируемых космических кораблей они непригодны. Поэтому в ряде стран находятся в разработке электроракетные двигатели магнитоплазмодинамического типа, мощность которых может достигать одного и более мегаватт. В настоящее время электроракетные двигатели применяются для коррекции и стабилизации параметров рабочей орбиты космических аппаратов. С ростом мощности бортовых энергоустановок такие двигатели становятся эффективными и в решении других задач. Например, для выведения космических аппаратов с низких на высокие орбиты, а также осуществления полетов в дальний космос. Сейчас для этих целей применяются электроракетные двигатели ионного или стационарного плазменного типа. Перспективы и преимущества использования электроракетных двигателей очевидны. Так, для осуществления пилотируемой экспедиции на Марс при старте с околоземной орбиты использование ядерных двигателей по сравнению с традиционными химическими позволяет уменьшить исходную массу корабля вдвое, а применение электроракетных двигателей (с ядерной энергоустановкой) - в три раза. Учитывая это, специалисты КБХА ведут в настоящее время проектно-расчетную разработку и экспериментальную проверку на испытательном стенде принципиальных решений создания стендового прототипа электроракетного двигателя магнитоплазмодинамического типа мощностью до 10 киловатт. Цель этих работ - подготовка к созданию аналогичного двигателя мощностью 100 киловатт и более. Новые технологии дают возможность отправки экспедиций в дальний космос, более чем двадцатикратный рост экономической эффективности космических транспортных операций и более чем десятикратное увеличение электрической мощности на борту космического аппарата.
in-space.info
Изобретение относится к электроракетным двигателям. Магнитоплазмодинамический двигатель содержит анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью активирующего вещества на основе бария и нагревателем. Емкость активирующего вещества выполнена кольцеобразной формы из тугоплавкого металла и охватывает нагреватель и испаритель лития, внутри емкости расположен пористый вкладыш с высокой пористостью, пропитанный активирующим веществом. Одним торцом емкость состыкована с монтажным фланцем, а другим герметично соединена с катодом и корпусом испарителя лития, при этом в стенке емкости, сообщающейся с внутренней полостью катода, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия. В способе работы двигателя, включающем измерение и поддержание постоянными величин тока разряда и расхода рабочего тела, дополнительно измеряют напряжение между катодом и нейтральной вставкой и при увеличении его на 12-15% включают нагреватель катода. Изобретение позволяет упростить двигательную установку и снизить ее вес. 2 н.п. ф-лы, 1 ил. 
Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД).
Магнитоплазмодинамический двигатель (МПДД), в России его также называют торцевым сильноточным двигателем (ТСД), обладает рядом преимуществ по отношению к другим типам ЭРД: он имеет наиболее высокую плотность тяги (отношение тяги к площади максимального поперечного сечения двигателя), высокую электрическую мощность единичного модуля в сочетании с высокими достижимыми значениями тяги, удельного импульса и КПД и обладает возможностью непосредственной стыковки с космической энергоустановкой (без использования преобразователя напряжения энергоустановки).
Известен МПДД [1], работающий на литии, включающий многополосной катод, нагреватель, анод, системы подачи лития и охлаждения. Для поддержания постоянной величины тяги в таком двигателе поддерживают постоянными ток разряда и расход лития. Значительным недостатком этого двигателя является функционирование его лишь в течение десятков часов.
Также известен МПДД [2], принятый за прототип, содержащий анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью активирующего вещества на основе бария и нагревателем. Емкость активирующего вещества в виде ампулы размещена в полости катода-испарителя. Такой двигатель на мощности до 500 кВт отработал около 500 часов.
При работе МПД двигателя рабочее тело (литий) от специальной системы подачи и дозировки подается в жидком состоянии с заданным расходом (при мощности 500 кВт расход лития равен ~0,3-0,35 г/c) в нагретый до температуры 1000°С катод-испаритель, после которого пар лития ионизируется в каналах многополостного катода и поступает в разрядный промежуток. Образовавшаяся плазма ускоряется в собственном магнитном поле сильноточного дугового разряда. При этом измеряют и поддерживают постоянными величину тока разряда и расход рабочего тела (лития), что позволяет поддерживать номинальный режим работы двигателя. Использование активирующего вещества на основе бария в многополостных катодах МПДД позволяет снизить температуру катода с 3000-3100К до 1730-1750К, т.е. на несколько порядков уменьшить скорость эрозии вольфрама. Испытания показали, что при этом скорость уноса бария мала и составляет лишь ~0,1-0,5% от величины расхода лития. Учитывая, что размеры катода-испарителя не позволяют разместить во внутренней полости катода ампулу объемом более 150-200 см3, такого запаса бария хватает примерно на 500 часов. Необходимый ресурс двигателя должен на порядок превышать эту величину.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение ресурса работы МПДД.
Поставленная задача решается тем, что в магнитоплазмодинамическом двигателе, содержащем анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью активирующего вещества на основе бария и нагревателем, емкость активирующего вещества выполнена кольцеобразной формы из тугоплавкого металла и охватывает нагреватель и испаритель лития, внутри емкости расположен пористый вкладыш с высокой пористостью, пропитанный активирующим веществом, одним торцом емкость состыкована с монтажным фланцем, а другим герметично соединена с катодом и корпусом испарителя лития, при этом в стенке емкости, сообщающейся с внутренней полостью катода, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия.
Поставленная задача также решается тем, что в способе работы магнитоплазмодинамического двигателя, включающем измерение и поддержание постоянными величин тока разряда и расхода рабочего тела, дополнительно измеряют напряжение между катодом и нейтральной вставкой и при увеличении его на 12-15% включают нагреватель катода.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является упрощение и снижение веса двигательной установки, так как для увеличения ресурса работы не требуется специальной автономной системы подачи активирующего вещества на основе бария.
На чертеже представлена конструкция предлагаемого МПДД.
МПДД состоит из анода 1, нейтральной вставки 2, изоляторов 3, управляющего соленоида 4, монтажного фланца 5, многополостного катода 6, испарителя лития 7 и нагревателя 8. Емкость активирующего вещества 9 выполнена из тугоплавкого металла и имеет кольцевую форму, охватывая нагреватель 8 и испаритель лития 7. Во внутренней полости емкости 9 расположен пористый вкладыш 10 с высокой пористостью (выше 50%), пропитанный активирующим веществом на основе бария. Со стороны одного торца емкость 9 состыкована с монтажным фланцем 5 и прикреплена к нему, а с другой стороны - герметично соединена с катодом 6 и корпусом испарителя лития 7, причем в стенке емкости 9, сообщающейся с внутренней полостью катода 6, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия 11. Анод 1, управляющий соленоид 4, нейтральная вставка 2 и катод-испаритель, прикрепленный к монтажному фланцу 5, соединены с помощью изоляторов 3 и крепежных деталей 12.
Предлагаемый МПДД работает следующим образом. Литий с заданным расходом в жидком состоянии подают в испаритель лития 7, нагретый с помощью нагревателя 8 до температуры 1000-1100°С, из которого пар лития поступает во внутренние полости многополостного катода 6, где ионизируется. Плазма лития попадает в разрядный промежуток между катодом 6 и анодом 1 и ускоряется в собственном магнитном поле дугового разряда. Поступающий из источника активирующего вещества 9 барий и его окислы адсорбируются на вольфраме катода 6, значительно снижая работу выхода вольфрама, что приводит к уменьшению температуры катода 6 на примерно 1300°С. Эксперимент показал, что скорость уноса активирующего вещества на основе бария составляет ~0,1% от расхода лития, т.е. для работы МПДЦ мощностью ~500 кВт в течение 5000 часов необходимый запас активирующего вещества на основе бария составляет около 6,5 кг, занимающей объем ~1,5 литра. В ампуле двигателя-прототипа можно поместить на порядок меньше активирующего вещества. В предложенном двигателе при пористости вкладыша 10 порядка 70% объем источника активирующего вещества составит ~2 литра. При работе МПДЦ на указанной мощности на катоде выделяется более 10 кВт энергии, что достаточно, чтобы при выключенном нагревателе 8 испарять необходимый расход лития и активирующего вещества. Как показал эксперимент, достаточность расхода активирующего вещества с большой точностью определяется постоянным значением падения потенциала между катодом и нейтральной вставкой. Так при увеличении указанного падения потенциала на 12-15% температура катода возрастает на 30-40°С, что характеризует уменьшение степени покрытия катода активирующим веществом на основе бария. В предложенном способе работы двигателя на постоянном по расходу лития и по току разряда режиме при увеличении падения потенциала на 12-15% включают нагреватель 8 для увеличения температуры источника активирующего вещества, т.е. для увеличения его расхода. При восстановлении номинального значения падения потенциала между катодом и нейтральной вставкой нагреватель выключают.
Преимуществом предлагаемого изобретения является увеличение ресурса работы МПДД в десять раз без использования специальной автономной системы подачи активирующей присадки на основе бария, что значительно упрощает и облегчает двигательную установку с использованием МПДД.
Литература.
1. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Ионные и плазменные ракетные двигатели. Т.4. М.: Наука, 2000, с.316-320.
2. Агеев В.П., Островский В.Г. Магнитоплазмодинамический двигатель большой мощности непрерывного действия на литии. М.: Наука, «Известия Российской академии наук. Энергетика», 2007, № 3, с.82-95.
1. Магнитоплазмодинамический двигатель, содержащий анод, нейтральную вставку, изоляторы, монтажный фланец, катод-испаритель, снабженный многополостным катодом, испарителем лития, емкостью с активирующим веществом на основе бария и нагревателем, отличающийся тем, что емкость активирующего вещества выполнена кольцеобразной формы из тугоплавкого металла и охватывает нагреватель и испаритель лития, внутри емкости расположен пористый вкладыш с высокой пористостью, пропитанный активирующим веществом, со стороны одного торца емкость состыкована с монтажным фланцем двигателя, а со стороны другого герметично соединена с катодом и корпусом испарителя лития, при этом в стенке емкости, сообщающейся с внутренней полостью катода, выполнены равномерно расположенные по окружности калиброванные отверстия.
2. Способ работы магнитоплазмодинамического двигателя, включающий измерение и поддержание постоянными величин тока разряда и расход рабочего тела, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение между катодом и нейтральной вставкой и при увеличении его на 12-15% включают нагреватель катода.
www.freepatent.ru
Магнитоплазмодинамический двигатель
Магнитоплазмодинамический двигатель – электрический ракетный двигатель, в котором роль рабочего тела выполняет плазма. Магнитное поле Земли, взаимодействуя с электрическим током в плазме, обусловливает возникновение силы Лоренца, которая, в свою очередь, обеспечивает разгон рабочего тела. Электрические ракетные двигатели, использующие для разгона рабочего тела магнитное поле, отличаются тем, что создают малые ускорения, но их преимуществом являются хорошие показатели продолжительности непрерывной работы. В 1988 г. был проведен эксперимент под названием «Плазма», в ходе которого проверялась эффективность использования плазменных электрических ракетных двигателей на искусственных спутниках Земли. Помимо этого, исследовалось помеховое воздействие плазменного двигателя на работу аппаратуры космического аппарата и влияние на радиосвязь. При сравнении с другими электрическими ракетными двигателями сильноточный плазменный двигатель, работающий в стационарном режиме, имеет ряд преимуществ. Он может обеспечивать высокий уровень тяги при КПД не меньше 50% и обеспечивать скорость истечения порядка 10 км/с. Если же в качестве источника энергии использовать солнечную батарею, что технически реализуемо, то это дает серьезное преимущество перед остальными двигателями. Перечисленные преимущества магнитоплазмодинамического двигателя позволяют в перспективе рассматривать его в качестве маршевого ракетного двигателя, особенно если космический аппарат будет оборудован солнечными батареями либо другими низковольтными энергоустановками мощностью не менее 100 кВт.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
info.wikireading.ru
Юрий Кубарев, доктор физико-математических наук из Москвы
Изобрел магнитоплазмодинамический двигатель, с помощью которого можно полететь на Марс и защитить Землю от астероидной атаки:
«Этот проект – мое детище, над которым я работаю уже 56 лет. Главная цель - это освоение космоса, чтобы познать наше будущее. Как сказал Циолковский: «Земля – это колыбель человечества, но нельзя же вечно жить в колыбели». Мы помним события 2013 года, когда Чебаркульский метеорит столкнулся с Землей и навел ужас на всех людей. Достаточно такой штуковины размером менее квадратного километра – и наше поколение будет стерто с лица Земли. Поэтому необходимо создать оборудование, способное противостоять данным явлениям, и более серьезно подойти к вопросу освоение ближайших планет. Я посвятил всю свою жизнь изучению вопросов, связанных с МПД двигателем и его элементами.
О детских мечтах
Началось все с детства. Я вырос в семье авиатора, а вместо игрушек меня окружали самодельные самолеты. Мне всегда было интересно, как они сделаны. Детство во время войны – голодное, но тоже может быть счастливым. Я много времени проводил с самолетами и гордился своим отцом. Тоже хотел стать летчиком, летать, помогать людям. В это время шел набор в Академию Жуковского на два отделения – летное и инженерное. Казалось бы: «Вот, сбылась мечта!» Но отец очень хотел, чтобы я занимался наукой, поступил в университет, и для меня было важного его мнение. По его совету, я поступил тогда в практически неизвестный закрытый Московский физико-технический институт.
О пути к цели
Я старался, учился. И на третьем курсе, когда сдавал экзамены, меня заметил один из преподавателей – это был великий ученый Евгений Сергеевич Щетинков, соратник самого Королева. Как сейчас помню, пятерку поставил. Он предложил мне заняться проектом создания гиперскоростных самолетов, которые летают на высоте более 20-30 км. Я целиком погрузился в это дело, каждый день проводил в лаборатории или библиотеке. Так и началась моя научная деятельность. Мечтал, что моя работа приведет к чему-то очень важному. Даже когда меня отправили работать на целину, я думал только о своем проекте. Отказался от медали, лишь бы быстрее вернуться в лабораторию. Я верил, что моя работа будет важным элементом в развитии науки и техники.
О двигателе
Еще 30 лет назад ученые задумывались, что необходимо создать двигатель мегаватного класса, который по своей мощности будет способен перенести в космосе больше полезной нагрузки. На тот момент похожей разработкой занимались ученые и других стран, но их испытания успехом не закончились. В то время мы готовили свою экспериментальную модель двигателя МПД. У нас получилось. В процессе исследования мне удалось сделать научное открытие, которое позволило разобраться с процессами и улучшить конструкцию двигателя. Он был проще и эффектнее. Другие ученые искали методы, а я заметил, что возможно использовать высокоскоростные частицы - ионы. В моем двигателе есть магнитное поле, нейтральный газ, плазма и ее сложное движение внутри и снаружи, поэтому он получил общепринятое название МПД . Его мощность и особенности конструкции позволяют совершать дальние космические полеты, доставлять грузы на другие планеты. Открываются новые горизонты – познание окружающей среды и других планет. Космический аппарат с таким двигателем способен защитить планету от астероидов, взорвав его или же сдвинув с траектории полета к Земле.
Все эксперименты и сборку деталей я делал сам. Когда я начал преподавать, мои студенты тоже «загорелись», оставались подолгу в лаборатории и творили вместе со мной. Я считаю, это хорошая практика и опыт для них.
Об экспериментах
Были проведены натурные эксперименты в Капустином Яру, на острове Хейса, в районе Бразильской магнитной аномалии. Эти двигатели устанавливались в головных частях метеорологических ракет МР-12 и МР-20. Все прошло удачно, это и стало подтверждением положений моего научного открытия. Недавно стендовые испытания двигателя начались и в Воронеже. Не исключено, что рабочую модель двигателя, которому по силам окажется полет на Марс, мы создадим уже в следующем году. Но на данный момент он еще не имеет нужных параметров, мы хотим сделать макет еще более мощного двигателя на 10 кВТ, которому будет под силу выдержать серьезные нагрузки.
О трудностях
Трудностей было много, и они остаются на сегодняшний день. Были сложности в создании двигателя, не хватало нужных деталей, измерительной и диагностической аппаратуры. Это сейчас с внедрением новых технологий можно сделать все легче и быстрее. А тогда сил и времени затрачивалось гораздо больше. «Двигатель самый лучший! Это будущее!», - вот, что я пытался донести остальным. Написал более 400 статей и изобретений в доказательство этому. Но до сих пор мы не получили достойного финансирования в поддержку проекта. Создавали все сами. Я всегда твердо стоял на своем и не отступал ни на шаг в работе. Это нравилось не всем. Дело шло маленькими шагами, но шло, несмотря ни на что.
О семье
Я благодарен своей семье, что она поддержала меня в тот период. Моя жена тоже ученый, она занималась наукой, а теперь, как она говорит, занимается мной. Что бы я делал без нее, она моя поддержка. У меня трое сыновей и 6 внуков, я стараюсь всем уделить внимание, но не очень получается, времени не хватает. В науку они не пошли, считают, что в наше время это неблагодарное дело. Я понимаю их.
О молодежи
Сейчас молодежь редко идет в науку, больше занимаются бизнесом. За такие деньги работают самые отчаянные энтузиасты. Я затрудняюсь найти себе помощников - зарплаты маленькие, да и ценности сейчас другие. Сразу вспоминаю свою молодость, как мы, студенты МФТИ, говорили тогда с гордостью: «Я занимаюсь наукой!»
О самом важном
Да, я не стал летчиком, как мечтал, я – ученый. Но моя работа может помочь многим поколениям. А разве не этого я хотел? Я не отступил тогда, а просто изменил мечту. И я благодарен судьбе, что занимаюсь любимым делом. И моя работа важна не только для развития науки, но и для развития человечества, а может быть и сохранения его жизни. Надеюсь, мои знания и опыт помогут новым поколениям не стоять на месте, а развиваться дальше и быть еще ближе к звездам.»
Гордость России
priderussia.livejournal.com
Исследователи из Берлинского технического университета разработали и испытали новую версию плазменного двигателя, способного, в отличие от других прототипов, работать при нормальном, а не низком, атмосферном давлении. Работа ученых опубликована в Journal of Physics: Conference Series, а краткое ее изложение приводит New Scientist. Новая силовая установка относится к типу магнитоплазмодинамических двигателей, которые потенциально могут быть использованы на самых разных классах летательных аппаратов.
Плазменный двигатель представляет собой разновидность электрического ракетного двигателя. В нем рабочее тело приобретает ускорение, находясь в состоянии плазмы. Разработка таких двигательных установок с переменным успехом ведется разными исследовательскими организациями с 1950-х годов. В частности, первый рабочий прототип плазменного двигателя был создан и испытан Исследовательским центром имени Льюиса (ныне Исследовательский центр Гленна) в 1961 году.
В плазменном двигателе газ подается в рабочую кольцевую зону, внешняя часть которой представляет анод, а внутренняя, расположенная ближе к выходу, — катод. При подаче на анод и катод постоянного напряжения в сотни вольт, в рабочей зоне возникает ионизирующий разряд и образуется плазма. Затем эта плазма под действием силы Лоренца начинает двигаться в сторону выхода из рабочей зоны, создавая тягу. Для работы плазменного двигателя требуется большое количество энергии.
Как утверждают разработчики, их магнитоплазмодинамический двигатель по своей тяге значительно превосходит существовавшие до сих пор прототипы. Испытанный их прототип, будучи масштабированным до размеров обычного авиационного двигателя, как утверждается, сможет развивать тягу от 50 до 150 килоньютонов в зависимости от подаваемого напряжения. Испытанный прототип представляет собой установку длиной 80 миллиметров и диаметром 14 миллиметров.
Прототип плазменного двигателя состоит из шести медных анодов, расположенных вокруг медного же катода на расстоянии двух миллиметров. Конец катода выполнен в виде конуса. Во время испытаний исследователи через высокочастотный высоковольтный импульсный генератор подавали на анод и катод напряжение до 16 киловольт. Подаваемое напряжение зависело от заряда конденсаторов перед генератором. Конденсаторы заряжались 300, 400 и 500 вольтами.
При подаче напряжения на анод и катод импульсами между ними возникали разряды с частотой 3,5 килогерца. Благодаря им в двигателе и образовывалась плазма. То, что силовая установка способна выдавать заметную тягу, исследователи проверили с помощью маятника длиной 55 миллиметров и массой 15 граммов. В зависимости от подаваемого на аноды и катод двигателя напряжения отклонение маятника от сопла составляло от пяти до 25 градусов.
Разряд между анодами и катодом в плазменном двигателе. Berkant Göksel / Technical University of Berlin
Исследователи полагают, что в будущем такие магнитоплазмодинамические двигатели можно будет устанавливать на самолеты, причем силовые установки будут эффективно работать на всех этапах: от взлета до полета на высоте 50 тысяч метров. При этом исследователи отмечают, что плазменные двигатели нуждаются в большом количестве энергии, запасти которую при помощи аккумуляторов невозможно. Разработчики полагают, что новые плазменные двигатели будут востребованы тогда, когда будут созданы компактные термоядерные реакторы.
Следует отметить, что сами по себе электрические ракетные двигатели уже существуют и даже используются на спутниках. Они создают относительно небольшую тягу, а потому пригодны для использования только в космосе. К электрическим ракетным двигателям (ионный тип) относится, в частности, двигатель Холла, устанавливаемые на некоторые модели спутников. Испытания модернизированной версии двигателя Холла проводились американцами на орбитальном беспилотнике X-37B.
Двигатель Холла является разновидностью ионного двигателя, однако отличается от последнего большей тягой и меньшим расходом рабочего тела. В качестве рабочего тела в силовой установке используется ксенон. Силовая установка представляет собой кольцевую камеру, расположенную между анодом и катодом. В нее подается рабочее тело, которое ионизируется катодом и анодом и разгоняется электростатическим полем в осевом направлении.
Автор: Василий Сычёв
www.nanonewsnet.ru
