Завершены испытания ионного двигателя. Электроракетный ионный двигатель

Завершены испытания ионного двигателя: judgesuhov

Прочел еще в пятницу, но вследствие насыщенных выходных - добрался до ЖЖ только сейчас. :)Итак: Роскосмос объявил об успешном завершении испытаний ионного двигателя.

Создание электроракетных двигателей было начато на предприятии в 2012 году. К разработке ионного электроракетного двигателя коллектив приступил после того, как КБХА выиграло в 2013 году конкурс Министерства образования и науки РФ на получение субсидий для реализации комплексных проектов по организации высокотехнологичного производства. Предприятие вошло в число победителей с проектом «Создание высокотехнологичной производственно-испытательной базы для разработки, стендовой отработки и промышленного производства электроракетных двигателей нового поколения». Цель государственной поддержки также – развитие кооперации производственных предприятий, российских высших учебных заведений и государственных научных учреждений, именно поэтому у каждого избранного проекта два исполнителя: в частности, творческим партнером КБХА стал НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ.

В отличие от жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), разработкой которых специалисты КБХА занимаются уже более полувека, электроракетные двигатели в последние годы стали новым направлением работ на предприятии. Предназначенные для использования в составе космических аппаратов, они могут способствовать решению широкого круга задач: коррекции и стабилизации рабочей орбиты спутников, их выводу с низких на высокие орбиты, а также осуществлению полетов в дальний космос.Пруфлинк

Основные преимущества ионного двигателя перед обычными химическими - это малый расход рабочего тела (соотвественно - продолжительное время работы) и гораздо более высокая скорость истечения ускоренного потока частиц. Нижняя граница скорости истечения примерно совпадает с верхней границей скорости истечения струи химического двигателя и составляет около 3 000 м/с. Верхняя граница теоретически неограничена (в пределах скорости света), однако для перспективных моделей двигателей рассматривается скорость, не превышающая 200 000 м/с. В настоящее время для двигателей различных типов оптимальной считается скорость истечения от 16 000 до 60 000 м/с.Правда вследствие очень малой тяги ионный двигатель будет разгонять КК очень долго.Хорошая аналогия была про спортивную машину, которая разгоняется до 200 км/ч за сутки. :)

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе — Deep Space 1 смог увеличить скорость аппарата массой около 370 кг на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона.

P.S.

Вот тут полное описание на большой 500 мм ионный двигатель (ИД) ВЧИД-45 с ионизатором диаметром 48.6 см номинальной мощностью 35 кВт, тягой 760 мН и удельным импульсом 7000 с.

judgesuhov.livejournal.com

комиксы, гиф анимация, видео, лучший интеллектуальный юмор.

Ионный двигатель - что это такое?

Ионный двигатель — хорошо отработанная на практике и исторически первая разновидность электрического ракетного двигателя. Недостатком ионного двигателя является малая тяга (например, разгон космического аппарата с весом автомобиля от 0 до 100 км/ч требует больше двух суток непрерывной работы ионного двигателя), которую невозможно увеличить из-за ограничений объёмного заряда.

Однако малый расход топлива (точнее, рабочего тела) и продолжительное время функционирования ионного двигателя (максимальный срок непрерывной работы самых современных образцов ионных двигателей составляет более пяти лет) позволяет за длительный промежуток времени разогнать космический аппарат небольшого веса до приличных скоростей. Сфера применения: управление ориентацией и положением на орбите искусственных спутников Земли (некоторые спутники оснащены десятками маломощных ионных двигателей) и использование в качестве главного тягового двигателя небольшой автоматической космической станции. Характеристики ионного двигателя: потребляемая мощность 1-7 кВт, скорость истечения 20-50 км/с, тяга 20-250 мН, КПД 60-80 %. Рабочим телом является ионизированный газ (аргон, ксенон и т. п.).

Ионному двигателю в настоящее время принадлежит рекорд негравитационного ускорения космического аппарата в космосе без использования жидкостного ракетного двигателя — Deep Space 1 смог увеличить скорость на 4,3 км/с, израсходовав 74 кг ксенона (этот рекорд скорости в ближайшее время планируется превзойти на 10 км/с космическим аппаратом Dawn). Однако ионный двигатель не является самым перспективным типом электроракетного двигателя, поэтому данный рекорд скорости, скорее всего, будет превзойдён холловским или магнитоплазмодинамическим двигателем.

Существует проект межзвёздного зонда с ионным двигателем, получающим энергию через лазер от базовой станции, что дает некоторое преимущество по сравнению с чисто космическим парусом (в настоящее время данный проект неосуществим из-за технических ограничений.Принцип работы двигателя заключается в ионизации газа и его разгоне электростатическим полем. При этом, благодаря высокому отношению заряда к массе, становится возможным разогнать ионы до очень высоких скоростей (вплоть до 210 км/с по сравнению с 3—4,5 км/с у химических ракетных двигателей). Таким образом, в ионном двигателе можно достичь очень большого удельного импульса. Это позволяет значительно уменьшить расход реактивной массы ионизированного газа по сравнению с расходом реактивной массы в химических ракетах, но требует больших затрат энергии.

В существующих реализациях для поддержки работы двигателя используются солнечные батареи. Но для работы в дальнем космосе такой способ неприемлем. Поэтому уже сейчас для этих целей иногда используются ядерные установки.

Источником ионов служит газ — как правило, аргон или водород. Бак с газом стоит в самом начале двигателя, оттуда газ подаётся в отсек ионизации; получается холодная плазма, которая разогревается в следующем отсеке посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. После нагрева высокоэнергетическая плазма подаётся в магнитное сопло, где она формируется в поток магнитным полем, разгоняется и выбрасывается в окружающую среду. Таким образом достигается тяга.

С тех пор плазменные двигатели прошли большой путь и разделились на несколько основных типов — электротермические, электростатические, сильноточные или магнитодинамические и импульсные двигатели. В свою очередь электростатические двигатели делятся на ионные и плазменные (ускорители частиц на квазинейтральной плазме).

Ионный двигатель использует в качестве топлива ксенон или ртуть. Первый ионный двигатель назывался сетчатый электростатический ионный двигатель. В ионизатор подаётся ксенон, который сам по себе нейтрален, но при бомбардировании высокоэнергетическими электронами ионизируется. Таким образом в камере образуется смесь из положительных ионов и отрицательных электронов. Для «отфильтровывания» электронов в камеру выводится трубка с катодными сетками, которая притягивает к себе электроны.

Положительные ионы притягиваются к системе извлечения, состоящей из 2-х или 3-х сеток. Между сетками поддерживается большая разница электростатических потенциалов (+1090 вольт на внутренней против — 225 вольт на внешней). В результате попадания ионов между сетками, они разгоняются и выбрасываются в пространство, ускоряя корабль, согласно третьему закону Ньютона. Электроны, пойманные в катодную трубку выбрасываются из двигателя под небольшим углом к соплу и потоку ионов. Это делается по двум причинам:

чтобы корпус корабля оставался нейтрально заряженным;

чтобы ионы, «нейтрализованные» таким образом не притягивались обратно к кораблю.Чтобы ионный двигатель работал, нужны всего 2 вещи — газ и электричество.

Недостаток двигателя в его нынешних реализациях — очень слабая тяга (порядка 50-100 миллиньютонов). Таким образом, нет возможности использовать ионный двигатель для старта с планеты, но, с другой стороны, в условиях невесомости, при достаточно долгой работе двигателя, есть возможность разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим из существующих видов двигателей. Однако разрабатываются более совершенные и мощные типы электроракетных двигателей (холловский и магнитоплазмодинамический), превосходящие ионный двигатель по величине тяги и, как следствие, конечной скорости космического аппарата.

joyreactor.cc

В России создаётся ионный двигатель на атмосферных газах

Московский авиационный институт (МАИ) изучает возможность разработки высокочастотного ионного двигателя, работающего на атмосферных газах.

Отмечается, что перспективным направлением развития космической отрасли является создание спутников малой массы, предназначенных, в частности, для дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Высоты солнечно-синхронных орбит, характерных для таких аппаратов, колеблются от 300 до 700 км.

Снижение высоты орбиты повысит эффективность спутников ДЗЗ, но при этом возникает проблема. Дело в том, что с уменьшением высоты над поверхностью Земли плотность атмосферы возрастает, и спутник испытывает значительное аэродинамическое сопротивление.

Для коррекции параметров движения спутника служит электроракетный двигатель (ЭРД). В качестве рабочего тела в такой установке чаще всего используется ксенон — инертный газ, запасённый на борту космического летательного аппарата в необходимом количестве. Это редкий газ, и стоимость его производства достаточно высока. К тому же на рабочее тело должна отводиться значительная доля массы аппарата. Поэтому использование классического ЭРД на небольших высотах представляется крайне малоэффективным.

Альтернативой является концепция ЭРД, работающего на атмосферных газах, забираемых из внешней среды (азот, кислород и их композиции). Специалисты МАИ уже проводят эксперименты на лабораторном образце такой установки, имитирующие условия работы двигателя на высотах от 200 до 250 км.

Одной из проблем новой схемы является выбор наиболее эффективного катода, способного работать с химически активными газами атмосферы. Российские учёные разработали конструкцию лабораторного образца такого устройства на базе высокочастотного разряда.

О возможных сроках практической реализации проекта ничего не сообщается.

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

3dnews.ru

Ионный двигатель

Qn ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту(22) Заявлено 01.02.77 (21) 2448755/40-25 (23) Приоритет - (32) 28.07.76

2 (51) M. Кл, F 03 Н 5/00 (33) ФРГ (31) Р2633778.0

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК621.455 (088. 8) Опубликовано 250879 Бюллетень № 31

Дата опубликования описания 250879

Иностранцы

Винфрид Бирнер, Ханс Мюллер, Хорст Листманн и Хельмут Васснер (ФРГ) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма Мессершмитт вЂ” Белков-Блом Гмбх (ФРГ) (71) Заявитель (S 4) ИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

2,5 10т вЂ” -д вЂ” „у - ъ 1, r

Изобретение относится к области космйческого двигателестроения и может быть использовано при разработке электроракетных (ионных) двигателей.

Известны ионные двигатели, в которых используются источники ионов различного типа, в том числе и источники ионов с индукционным высокочастотным (радиочастотным) разрядом (1) . Этим двигателям свойственна низкая энергетическая или газовая экономичность.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является ионный двигатель, содержащий высокочастотный источник ионов, включающий диэлектрическую камеру с торцовой перфорированной стенкой-анкербм и установленную на камере обмотку возбуждения высокочастотного поля, а также ионооптическую систему, образованную ускоряющим и замедляющим электродами с отверстиями (2).

Известный двигатель работает на ртути или инертных газах (неон или ксенон) . Ионизация осуществляется в ионизационной диэлектрической камере, в объеме которой индукционным методом создается высокочастотное электромагнитное поле. Ионы извлекаются- с помощью ионооптической системы, формирующей пучок ионов заданной энергии.

Существенную роль играют процессы вблизи торцовой стенки анкера.

Как показали многочисленные исследования неоднородность электромагнитного поля вблизи анкера приводит к неоднородности распределения концентрации плазмы и, в свою очередь, k снижению энергоэкономичности и стабильности работы двигателя.

Целью изобретения является повышение КПД двигателя путем создания вблизи стенки-анкера продольного высокочастотного поля.

Достигается это тем, что материал и толщина ускоряющего электрода выбираются такими, что выполняется условие где f вЂ” частота высокочастотного пол я, гц;

Фн вЂ” относительная магнитная проницаемость;

682150

65 коэффициент электропроводности материала ускоряющего электрода, мо-см; д вЂ” толщина ускоряющего электрода, см..

По зависимым признакам ускоряющий электрод выполнен из диэлектрика, а боковые стенки отверстий вЂ” проводящими, электрически соединенными одна с другой. Ускоряющий электрод может быть ныполнен из графита, обмотка возбуждения установлена на расстоянии от ускоряющего электрода, составляющем не менее 1/10 ее длины, а вокруг обмотки возбуждения установлен проводящий экран.

На фиг. 1 изображен двигатель, продольный разрез; на фиг. 2 схематично показано распределение силовых линий высокочастотного поля в камере ионизации.

Двигатель содержит высокочастотный источник ионов, включающий в себя диэлектрическую камеру 1 с торцовой перфорированной стенкой-анкером 2, и установленную на камере обмотку 3 возбуждения поля.На задней торцовой стенке 4 камеры установлен газораспределитель 5 системы подачи рабочего тела. Со стороны анкера установлена ионооптическая система, образованная ускоряющим б и замедляющим 7 электродами, установленными на камере 1 с помощью изоляторных узлов крепления 8. В анкере и обоих электродах выполнено большое число соосных отверстий 9, 10 11, соответственно. На камере устанонлен также проводящий экран 12, охватывающий обмотку 3. Показаны также силовые линии поля 13.

Двигатель работает следующим образом. Рабочее тело подается через гаэораспределитель 5 в камеру ионизации 1 и заполняет ее объем.

При подводе высокочастотной энергии от генератора к обмотке источника 3 в камере зажигается безэлектродный высокочастотный разряд. Образующаяся газоразрядная плазма соприкасается со стенкой-анкером 2. Ионы, попадающие в отнерстия 9, извлекаются ионо-оптической системой, а электроны отражаются в объем камеры ионизации, В результате формируI ется .ионный пучок, состоящий из множества .элементарных пучков, формируемых каждой элементарной ячейкой, образованной отверстиями 9, 10, 11.в анкере 2 с ускоряющим б и замедляющим 7 электродами. Для компенсации пространственного заряда ионов на выходе из двигателя в пучок эмиттируются электроны из нейтрализатора (на чертеже не показан).

Наличие проводящего ускоряющего электрода б приводит к искажению силовых линий высокочастотного поля из-за экранирующега эффекта.

Эти искажения оказывают существенное влияние на скорость генерации ионов и на плотность йоиизации плаз. ьы в области перед анкером на границе плазмы. Вследствие хорошей проводимости плазмы это приводит также к неоднородностям электростатичес-кого ускоряющего поля перед анкером на границе плазмы. Искажения электростатического ускоряющего поля вызывают снижение миделевой тяги двигателя и дефокусировку части элемен.тарных пучков, что приводит к возрастанию доли ионов, перехватываемых ускоряющим электродом б и ограничению его ресурса.

При выборе материала ускоряющего электрода и его толщины в соответствии с приведенной выше формулой обеспечивается глубина проникновения высокочастотного поля в этот электрод, сравниваемая или превышающая толщину электрода. 3а счет этого достигается получение практически продольного высокочастотного поля вблизи анкера.

Эксперименты показали, что названное условие может быть выполнено, например, при использовании в качестве материала ускоряющего электрода толщиной 2 мм графита с удельным сопротивлением 10 ом мм /м и выше.

Влияние ускоряющеro электрода на электромагнитное переменное поле может быть уменьшено, если его изго" товить из изолятора, а в отверстия вставить втулки из проводящего материала, электрически соединенного, друг с другом.

Собственно электродом в э1- ом случае являются лишь места с электрически проводящим материалом, которые безусловно необходимы для создания электростатического ускоряющего поля.

Далее расстояние между электродом б и концом обмотки возбуждения

3, расположенным со стороны катода, выбирают так, что искривление силовых линий переменного поля у границы плазмы незначительно. Это достигается когда расстояние между концом обмотки 3 и электродом 6 составляет, как минимум, 10% от длины обмотки возбуждения.

Чем меньше воздействие электрода б на ход силовых линий переменного поля 13,.тем меньше может быть расстояние между ним и концом обмотки возбуждения. Целесообразно для хода силовых линий электромагнитного переменного поля 13 также то, чтобы обмотка возбуждения снаружи была окружена на некотором расстоянии экраном 12.

Это мероприятие оказывается особенно выгодным, когда обмотка возбуждения является относительно короткой.

682150

Изобретение позволяет выровнять параметры плазмы по радиусу вблизи: анкера и за. счет этого повысить энергетическую и газовую экономичность двигателя, а также его корпус.

Формула изобретения

1, Ионный двигатель, содержащий высокочастотный источник ионов, включающий в себя диэлектрическую камеру с торцовой перфорированной стенкой - анкером и установленную на 10 камере обмотку возбуждения высокочастотного поля, а также ионно-оптическую систему, образованную ускоряющим и замедляющим электродами с отверстиями, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения

КПД двигателя путем созданий вблизи стенки -анкера продольного высокочастотного поля, материал и толщина ускоряющего электрода выбираюФсятакими, что выполняется условие

Тй„ У " где f вЂ” частота высокочастотного поля гц; ,Ог вЂ” относительная магнитная проницаемость) вЂ” коэффициент электропроводности материала ускоряющего электрода, мо см с вЂ” толщина ускоряющего электрода, см.

2. Двигатель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что ускоряющий электрод выполнен из диэлектрика, а боковые стенки отверстий вЂ” проводящими, электрически соединенными одна с другой °

3. Двигатель по п. 1 о т л и ч а ю шийся тем, что ускоряющий электрод выполнен иэ графита.

4. Двигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что обмотка возбуждения установлена на расстоянии от ускоряющего электрода, составляющем не менее 1/10 ее длины.

5. Двигатель по и. 1 и 4, о т л и ч а ю шийся тем, что установлен охватывающий обмотку возбуждения проводящий экран.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Айленберг С.Л., Хюбнер A.Ë.

Технические и научные проблемы движения при помощи ионов в сб. Ионные плазменные и дуговые ракетные двигатели, Госатомиздат, 1961 с. Эб.

2. Н.W.Loeb "Reacent or)с on

radio fraguency 1оп thrusters"

"Journal spacecraft and rockts ч.8

9 5 с 494-500, 1971.

4bre.Р

Составитель В.обухов

Техредд.Алферова корректор В. Синицкая

Редактор Е.Гончар

Заказ 4949/56 Тираж 5 75 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ,113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4

www.findpatent.ru

«Роскосмос сообщил о завершении серии первых огневых испытаний ионного ракетного двигателя» в блоге «Космонавтика»

Работы с двигателем продолжаются: запланировано проведение серии новых огневых испытаний для наработки ресурса и проверки стабильности подтвержденных характеристик при длительной эксплуатации.

Цель государственной поддержки также — развитие кооперации производственных предприятий, российских высших учебных заведений и государственных научных учреждений, именно поэтому у каждого избранного проекта два исполнителя: в частности, творческим партнером КБХА стал НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ.

Предназначенные для использования в составе космических аппаратов, они могут способствовать решению широкого круга задач: коррекции и стабилизации рабочей орбиты спутников, их выводу с низких на высокие орбиты, а также осуществлению полетов в дальний космос.

sdelanounas.ru

В России создан новый ионный электроракетный двигатель

Двигатель, который полностью называется "высокочастотный ионный электроракетный двигатель", испытывался на специальном вакуумном стенде, имитирующем условия космического пространства.

Дело в том, что этот агрегат не рассчитан на работу в атмосфере. Это не разгонный двигатель, а маршевый. И по своей конструкции сильно отличается от привычных уже нам ракетных двигателей.

Двигатель работает за счет реактивной струи ионизированного газа, разгоняемого в электромагнитном поле. Эта силовая установка имеет небольшую тягу, в сравнении с жидкостными ракетными двигателями, но ее преимущество — длительный ресурс работы. А это уже серьезная заявка на полеты за пределы земной орбиты.

Запланировано и другое использование электроракетных двигателей. Они могут применяться для коррекции и стабилизации рабочей орбиты спутников, а также переводу с низких на высокие орбиты.

Так как двигатель более экономичен по такому показателю, как расход топлива, то некоторые группы спутников (все поняли, о чем идет речь) могут менять орбиты не один раз на протяжении довольно длительного времени. Есть у нас в народном хозяйстве такие спутники, которым бы такая опция была бы более чем полезна.

Есть, правда, и небольшой минус. Это значительно большее энергопотребление. Магнитная камера требует своего. Но, как заверили в КБХА, этот аспект был должным образом решен еще на стадии проектирования.

Так что наших конкурентов по освоению космического пространства ждет не один приятный (для нас, разумеется) сюрприз.

От всей души поздравляю коллективы КБХА и МАИ, которые за такой короткий срок (3 года) воплотили в металле идею этого двигателя. И надеюсь, что остальные испытания пройдут не менее успешно.

Естественно, покажут эту установку (если покажут) еще очень не скоро. Это понятно. Но, тем не менее, возможно, звезды станут немного ближе к нам. И вдвойне приятно, что это наша разработка и наше исполнение.

marafonec.livejournal.com

[РОСКОСМОС] Успешно испытан новый ионный электроракетный двигатель / news2.ru

На испытательном комплексе Конструкторского бюро химавтоматики (г. Воронеж) успешно завершена серия первых огневых испытаний высокочастотного ионного электроракетного двигателя. Этот двигатель – совместная разработка КБХА и Московского авиационного института (МАИ). Испытания успешно проведены на специальном вакуумном стенде и подтвердили соответствие параметров двигателя характеристикам, заложенным в техническом задании. Работы с двигателем продолжаются: запланировано проведение серии новых огневых испытаний для наработки ресурса и проверки стабильности подтвержденных характеристик при длительной эксплуатации. Создание электроракетных двигателей было начато на предприятии в 2012 году. К разработке ионного электроракетного двигателя коллектив приступил после того, как КБХА выиграло в 2013 году конкурс Министерства образования и науки РФ на получение субсидий для реализации комплексных проектов по организации высокотехнологичного производства. Предприятие вошло в число победителей с проектом «Создание высокотехнологичной производственно-испытательной базы для разработки, стендовой отработки и промышленного производства электроракетных двигателей нового поколения». Цель государственной поддержки также – развитие кооперации производственных предприятий, российских высших учебных заведений и государственных научных учреждений, именно поэтому у каждого избранного проекта два исполнителя: в частности, творческим партнером КБХА стал НИИ прикладной механики и электродинамики МАИ. В отличие от жидкостных ракетных двигателей (ЖРД), разработкой которых специалисты КБХА занимаются уже более полувека, электроракетные двигатели в последние годы стали новым направлением работ на предприятии. Предназначенные для использования в составе космических аппаратов, они могут способствовать решению широкого круга задач: коррекции и стабилизации рабочей орбиты спутников, их выводу с низких на высокие орбиты, а также осуществлению полетов в дальний космос.

проблема (1)

news2.ru