Идея создания СПД была предложена А. И. Морозовым в начале 60-х годов XX века. В 1968 году академиком А. П. Александровым и главным конструктором А. Г. Иосифьяном было принято историческое решение о создании корректирующей двигательной установки (КДУ) с СПД. Разработка первой КДУ и её интеграция в КА «Метеор» была выполнена в тесном содружестве групп учёных и специалистов Института атомной энергии им. И. В. Курчатова (Г. Тилинин), ОКБ «Факел» (К. Козубский), ОКБ «Заря» (Л. Новосёлов) и ВНИИЭМ (Ю. Рылов). В декабре 1971 г. двигательная установка с СПД — КДУ «Эол» успешно стартовала в космос в составе КА «Метеор». В феврале-июне 1972 г. были проведены первые включения и испытания, продемонстрировавшие работоспособность СПД в космосе и совместимость с КА на околоземных орбитах. Высота орбиты была поднята на 17 км.
С 1995 года СПД используется в системах коррекции серии связных геостационарных КА типа «Галс», «Экспресс», «Экспресс-А», Экспресс-АМ, Sesat разработки НПО прикладной механики, а с 2003 года — в составе зарубежных геостационарных спутников типа Inmarsat, Intelsat-X, IPSTAR-II, Telstar-8 для решения задач приведения в «рабочую точку», стабилизации положения в этой точке, изменения «рабочей точки» в случае необходимости и увода с неё по окончании эксплуатации.
К январю 2012 года на запущенных в космос аппаратах было установлено в общей сложности 352 двигателя СПД.[1]
Спецификой этого двигателя, как и других электроракетных двигателей, является значительно большая скорость истечения рабочего тела по сравнению с использовавшимися ранее химическими двигателями, позволяющая значительно уменьшить запасы рабочего тела, необходимые для решения названных выше задач. Его применение в составе геостационарных КА позволяет увеличить долю массы целевой аппаратуры и срок их активного существования до 12-15 лет. За счёт этого значительно повышается эффективность КА.
ОКБ «Факел» производит различные двигатели, отличающиеся тягой, массогабаритными характеристиками, потребляемой мощностью для различных КА[2].
| СПД-25[3] | коррекция орбиты, манёвры, ориентация, стабилизация малоразмерных КА (массой ~100 кг) | 7 | 0,1 | 800 | 20 | 1500 | 0,3 | |
| СПД-50 | ЭРДУ малых космических аппаратов | 14[3] | 0,22 | 860 | 26 | ≥2500 | 1,23 | Метеор 1-27, Космос-1066, Канопус-В |
| СПД-60[4] | ЭРДУ малых космических аппаратов | 30 | 0,5 | 1300 | 37 | 2500 | 1,2 | некоторые КА из серии Метеор |
| СПД-70 | ЭРДУ средних космических аппаратов | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Экспресс-МД1,КазСат-2, … |
| СПД-100В | ЭРДУ различных космических аппаратов | 83 | 1,35 | 1600 | 45 | >9000 | 3,5 | Экспресс-АМ44,АМОС-5, … |
| PPS-1350-G | воспроизведённая в Европе компанией Snecma Moteurs технология SPT-100 в рамках соглашения между ОКБ «ФАКЕЛ» и Snecma Moteurs | 84 | 1,5 | 1668 | 46 | 7000 | 3,5 | SMART-1 |
| SPT-140 | межорбитальная транспортировка, коррекции орбиты тяжёлых геостационарных КА | 193/290 | 3,0/4,5 | 1680/1770 | 50/55 | >9000 | 8,4 | Eutelsat 172B[5] |
| СПД-230 | до 785 | до 15 | до 2700 | до 60 | — | 25 |
ru-wiki.org
Реферат на тему:
Схематическое устройство плазменного ускорителя
Стационарные плазменные двигатели российского производства
Плазменный двигатель(плазменный инжектор) (далее ПД) — ракетный двигатель, в котором рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы. Скорости истечения рабочего тела, достижимые в ПД, существенно выше скоростей, предельных для обычных газодинамических (химических или тепловых) двигателей. Увеличение скорости истечения позволяет получать данную тягу при меньшем расходе рабочего тела, что облегчает массу ракетной системы.[1]
Существует множество типов плазменных двигателей. В настоящее время наиболее широкое распространение — в качестве двигателей для поддержания точек стояния геостационарных спутников связи — получили СПД (стационарные плазменные двигатели), идея которых была предложена А. И. Морозовым в 1960-х гг. Первые лётные испытания состоялись в 1968 г.
Плазменные двигатели не следует путать с ионными.
ПД не предназначен для вывода грузов на орбиту, он может эффективно работать только в вакууме.
Нейтральный газ, обычно водород или азот (аргон), подается в передний отсек и ионизируется. Образующаяся плазма разогревается электромагнитным полем в центральной камере посредством ионного циклотронного резонансного нагрева. В ходе этого процесса радиоволны передают свою энергию плазме, нагревая её, подобно тому, как это происходит в микроволновой печи.
После нагревания плазма направляется магнитным полем в последний отсек для создания модулированной тяги. Последний отсек — это магнитное сопло, преобразующее энергию плазмы в скорость истечения струи, обеспечивающее при этом защиту конструкции и эффективный выход плазмы из магнитного поля.
В 1955 году Алексей Морозов написал статью «О возможности создания плазменных электрореактивных двигателей», но его научный руководитель, прочитав её, дал хороший совет: «Такую статью сразу же засекретят. Лучше изменить название на что-нибудь более нейтральное». В результате в ЖЭТФ (Журнал экспериментальной и теоретической физики) статья вышла под названием «Об ускорении плазмы магнитным полем». Рецензировал её глава отдела плазменных исследований ИАЭ Лев Арцимович. Теория, изложенная в статье Морозова, позднее нашла свое отражение в статье самого Арцимовича о рельсотроне (только у Морозова магнитное поле было постоянное, а у Арцимовича — электродинамическое). Публикация вызвала среди специалистов большой резонанс, её даже дважды обсуждали на заседании Американского физического общества.
В 1955 году Морозов защитил диссертацию, а в 1957-м его пригласили на работу в ИАЭ. К концу 1950-х успехи СССР в космосе вдохновили конструкторов замахнуться на несколько крупномасштабных космических проектов. Планировался даже полет к Марсу, и поэтому 2 июля 1959 года Лев Арцимович созвал сотрудников на совещание. Темой обсуждения была возможность построения двигателей для марсианского корабля. Арцимович предложил для такой системы следующие характеристики: тяга около 10 кгс, скорость истечения 100 км/с при мощности двигателя 10 МВт. Сотрудники ИАЭ предложили несколько проектов: плазменный импульсный двигатель (А. М. Андрианов), магнитно-плазменный аналог сопла Лаваля (А. И. Морозов) и двигатель на основе однощелевого источника ионов, практически такого же, какой применялся для электромагнитного разделения изотопов (Павел Матвеевич Морозов, однофамилец Алексея Ивановича).
Однако эти проекты не подходили для марсианской программы по одной простой причине: у конструкторов тогда не было источников питания подходящей мощности. Эта проблема актуальна и сейчас: максимум, на который можно рассчитывать, это десятки киловатт. Нужно было переходить к мелкому масштабу. Георгий Гродзовский (ЦАГИ) одним из первых стал конструировать маломощные электроракетные двигатели у нас в стране. Начиная с 1959 года его ионные двигатели испытывались в космосе (правда, не на спутниках, а на баллистических ракетах). В 1957 году М.С. Иоффе и Е.Е. Юшманов начали исследования магнитной (так называемой пробочной) ловушки для плазмы. Для заполнения её горячей плазмой (10 млн градусов) они использовали ускорение ионов в скрещенных электрических и магнитных полях. Эта работа послужила фундаментом для создания ряда плазменных двигателей. В 1962 году Алексей Морозов предложил свою конструкцию плазменного двигателя малой мощности, названного СПД (стационарный плазменный двигатель). Принципиально важной особенностью СПД было то, что величина магнитного поля нарастала к срезу канала двигателя – это обеспечивало создание в плазме объемного электрического поля. Вся идея двигателя была построена именно на существовании такого поля.
«Впервые на возможность существования объемных электрических полей в плазме указал в 1910 году Таунсенд, однако на протяжении 50 лет попытки создать такое поле были неудачны. В то время считали, что, поскольку плазма является проводником – поле в ней создать нельзя. На самом деле создать объемное электрическое поле в плазме без магнитного поля действительно нельзя – за счет свободных электронов происходит её экранирование. Но в присутствии магнитного поля, которое влияет на движение электронов, объемные электрические поля в плазме могут существовать. Группа А.И. Морозова начала заниматься СПД в 1962 году. Почти пять лет двигатель существовал в лабораторном варианте – в 1967-м модель еще была оснащена водяным охлаждением. Пора было приступать к летно-космическим испытаниям, но на этом этапе разработчики столкнулись с неожиданной проблемой. Конструкторы космических аппаратов категорически отказывались ставить на борт что-либо электрическое! Директор ИАЭ академик Александров несколько раз встречался с конструкторами различных космических аппаратов, и ему удалось наконец договориться с Иосифьяном, главным конструктором спутников серии «Метеор».
Однако проблемы на этом не закончились. В 1969 году Иосифьян выдал группе разработчиков техническое задание, согласно которому они должны были сделать не сам двигатель, а всю установку, включая систему питания, подачи ксенона и т.п. При этом надо было уложиться в очень жесткие рамки: тяга 2 гс, КПД 30–40%, потребляемая мощность 400 Вт, масса 15 кг, ресурс 100 часов. И все это нужно было сделать за 5 месяцев! Группа Морозова работала буквально днем и ночью, но успела. Изготовление же двигательной установки было поручено калининградскому ОКБ «Факел», директором которого был в то время талантливый конструктор Роальд Снарский. Через несколько дней после запуска «Метеора» начались эксперименты с двигателями. «Эол-1» был установлен на спутник таким образом, что ось его тяги не проходила через центр масс аппарата. При включении двигателя возникал некоторый крутящий момент, который можно было компенсировать системой ориентации, при этом она служила еще и измерителем тяги «Эола».
За экспериментом внимательно следили не только создатели двигателя, но и скептики, коих было достаточно. «Эол-1» должен был проработать всего несколько минут, потом автоматически выключиться (конструкторы боялись, что струя плазмы заблокирует радиосигнал). Двигатель отработал свое и выключился. После проведения радиоконтроля орбиты оказалось, что результаты в точности соответствуют лабораторным данным. Правда, скептики не угомонились и выдвинули гипотезу, что изменение орбиты вызвано обычным истечением газа через открытый клапан. Но это предположение не подтвердилось: после второго включения по команде с Земли двигатель проработал еще 170 часов, подняв орбиту «Метеора-10» на 15 км. ОКБ «Факел» отлично справилось со своей задачей: ресурс был превышен почти вдвое.
В начале 1980-х «Факел» начинает серийно производить двигатели СПД-70 – потомки «Эолов». Первый спутник с этим двигателем, «Гейзер №1», был запущен в 1982-м, а в 1994-м новой моделью СПД-100 оснастили спутник связи «Галс-1». Однако, хотя сообщение об успешном испытании плазменного двигателя «Эол» в 1974 году было совершенно открыто опубликовано в журнале «Космические исследования», зарубежные конструкторы считали СПД лишь интересной теоретической разработкой. Поэтому демонстрация представителям NASA и JPL в 1991 году работающих двигателей «Факела» и сообщение, что подобными оснащены серийные спутники, вызвала у них настоящий шок (американцы в основном пошли по пути разработки ионных двигателей). Неудивительно, что «Факел» сейчас считается в мире ведущим производителем электроракетных плазменных двигателей. «На каждом третьем российском спутнике стоит наш двигатель, а три из пяти крупнейших западных производителей космических аппаратов покупают у нас СПД, – рассказал директор и генеральный конструктор ОКБ «Факел» Вячеслав Михайлович Мурашко. – Ими, например, оснащены спутники MBSat-1, Intelsat-X-02, Inmarsat-4F1». Посылая свой спутник SMART-1 к Луне, Европейское космическое агентство выбрало для него в качестве двигателей плазменные PPS-1350, совместную разработку французской компании Snecma Moteurs, ОКБ «Факел» и МИРЭА.
Что же ожидает нас в ближайшем будущем? В 1980-х годах группа в МИРЭА разработала двигатель следующего поколения, СПД Атон. Расходимость плазменного пучка в СПД-100 составляет +/– 45 градусов, КПД – 50%, а соответствующие характеристики СПД Атон +/–15 градусов и 65%! Он пока не востребован, как и другой наш двигатель, двухступенчатый СПД Мах с измененной геометрией поля – конструкторы пока обходятся более простыми СПД-100. Дальний космос требует двигателей с масштабами 10-100 кВт или даже МВт. Подобные разработки уже есть – в 1976 году в ИАЭ сделали двигатель мощностью в 30 кВт, да и «Факел» в конце 1980-х разработал СПД-290 мощностью 25 кВт для космического буксира «Геркулес». В любом случае теория таких двигателей построена, поэтому в рамках классической схемы СПД вполне реально довести мощность до 300 кВт.А вот дальше, возможно, придется перейти к другим конструкциям. Например, к двухлинзовому ускорителю на водороде, разработанному в ИАЭ в конце 1970-х. Эта машина имела мощность 5 МВт и скорость истечения 1000 км/с. В любом случае на межпланетных кораблях будут стоять плазменные двигатели.
wreferat.baza-referat.ru
Лит.: Гильзин К. А., Электрические межпланетные корабли, 2 изд., М., 1970; Плазменные ускорители, под ред. Л. А. Арцимовича [и др.], М., 1973.
А. И. Морозов.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978.
ПЛАЗМЕННЫЕ ДВИГАТЕЛИ — ракетные двигатели, в к рых рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы. Скорости истечения рабочего тела, достижимые в П. д., существенно выше скоростей, предельных для обычных газодинамич. (хим. или тепловых) двигателей. Увеличение… … Физическая энциклопедия
ПЛАЗМЕННЫЕ УСКОРИТЕЛИ — устройства для получения потоков плазмы со скоростями 10 103 км/с, что соответствует кинетич. энергии ионов от =10 эВ до 105 107 эВ. На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами низкотемпературной плазмы плазмотронами, на верхнем с… … Физическая энциклопедия
Двигатели — Содержание 1 История создания 2 Пневмодвигатели и гидромашины 3 Классификация … Википедия
Плазменные ускорители — устройства для получения потоков плазмы (См. Плазма) со скоростями 10 103 км/сек и более, что соответствует кинетической энергии ионов от Плазменные ускорители10 эв до 105 106 эв. На нижнем пределе энергии П. у. соседствуют с генераторами … Большая советская энциклопедия
ЭЛЕКТРОРАКEТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ — (электрореактивные двигатели, ЭРД) космич. реактивные двигатели, в к рых направленное движение реактивной струи создаётся за счёт электрич. энергии. Электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) включает собственно ЭРД, систему подачи и хранения… … Физическая энциклопедия
Стационарные бензиновые двигатели производства СССР — В СССР в различные годы выпускались несколько серий стационарных бензиновых двигателей для привода электрических генераторов, насосов, сельскохозяйственных машин. Эти же двигатели широко использовались на маломерных судах. Содержание 1 Серия «Л»… … Википедия
Электрореактивные двигатели — Электрический ракетный двигатель (ЭРД) ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в кинетическую энергию частиц.[1] Также встречаются названия, включающие слова реактивный и движитель. Комплекс,… … Википедия
Ионный двигатель — Испытания ионного двигателя на ксеноне … Википедия
Плазменный ракетный двигатель — Схематическое устройство плазменного ускорителя Плазменный двигатель (также плазменный инжектор) ракетный двигатель, рабочее тело кото … Википедия
Двигатель — У этого термина существуют и другие значения, см. Двигатель (значения). Двигатель, мотор (от лат. motor приводящий в движение) устройство, преобразующее какой либо вид энергии в механическую. Этот термин используется с конца XIX века… … Википедия
dic.academic.ru
Cтраница 2
Скорость ракет может быть повышена в 3 раза при переходе от ракет с химическим топливом к ракетам с атомным двигателем, но при этом температура газа достигнет 1930 С. В ракетах с плазменными двигателями рабочие температуры достигнут 3300 - 6200 С и даже тугоплавкие металлы и сплавы должны будут работать с охлаждением. [16]
Такие параметры могут обеспечить стационарные плазменные двигатели отечественной разработки. [18]
Но особенно большое внимание уделяется в последнее время цезиевой плазме, всестороннему изучению ее свойств и условий образования. Возможно, она станет топливом плазменных двигателей будущего. Кроме того, работы по исследованию цезиевой плазмы тесно связаны с проблемой управляемого термоядерного синтеза. Многие ученые считают, что целесообразно создавать це-зиевую плазму, используя высокотемпературную тепловую энергию атомных реакторов, то есть непосредственно превращать эту тепловую энергию в электрическую. [19]
Но особенно большое внимание уделяется в последнее время цезиевой плазме, всестороннему изучению ее свойств и условий образования. Возможно, она станет топливом плазменных двигателей будущего. Кроме того, работы по исследованию цезиевой плазмы тесно связаны с проблемой управляемого термоядерного синтеза. Многие ученые считают, что целесообразно создавать цезиевую плазму, используя высокотемпературную тепловую энергию атомных реакторов, то есть непосредственно превращать эту тепловую энергию в электрическую. [20]
Тугоплавкие сплавы применяются в авиации сверхзвуковых скоростей и в ракетной технике. В атомной прямоточной ракете и ракетах с плазменным двигателем температура газа очень высока, в связи с чем в таких двигателях даже детали из тугоплавких сплавов подвергаются охлаждению. [21]
Ускорение плазмы по схеме кондукционного насоса называют ускорением в скрещенных магнитных полях. Ускорение по схеме индукционного насоса лежит в основе асинхронного плазменного двигателя. В обоих случаях магнитные поля создаются токами в специальных обмотках. Известны также рельсовые схемы, в которых плазма ускоряется между двумя параллельными прямыми металлическими проводниками ( рельсами) с токами, замыкающимися через плазму. Симметричное магнитное поле самой плазмы только сжимает токовый шнур. Виток, образованный рельсами и плазмой, приводит к концентрации магнитного поля с одной стороны проводящего газа. Возникающее избыточное магнитное давление толкает плазму вдоль проводов. Для впрыскивания плазмы в магнитные ловушки сконструированы плазменные пушки, основанные на том же принципе и имеющие более удобную коаксиальную конструкцию, в которой каналом служит кольцевая щель между двумяЛараллельными цилиндрами. В этот промежуток и подается плазма быстродействующим клапаном. Радиальный ток в плазме, взаимодействуя с коаксиальным магнитным полем этого же тока, выталкивает плазму из пушки. [22]
Итак, круг обязанностей плазменных двигателей в одной только системе ориентации весьма обширен. Но этим далеко не исчерпываются их возможности. Плазменные двигатели можно использовать при переводе спутников с одной орбиты на другую, для выполнения различных маневров при сборке околоземных космических станций, наконец, они могут служить и маршевым двигателем для многоступенчатых меж. [23]
Проект КА Фобос-Грунт с ЭРДУ нового поколения целиком основан на отечественных разработках. Применение ЭРДУ для перелета КА Фобос-Грунт с орбиты Земли на орбиту Марса является необходимым условием для обеспечения доставки аппарата массой не менее одной тонны. Сравнение отечественных плазменных двигателей нового поколения СПД-100 и СПД-140 показало, что применение СПД-140 предпочтительно в целях упрощения функциональной схемы ЭРДУ и повышения надежности выполнения программы. Расчетные оценки факторов воздействия плазменной струи на системы КА указывают на важность этой проблемы и необходимость разработки диагностических средств контроля основных факторов взаимодействия струи с аппаратом в процессе полета. [24]
Следовательно, плазма - это диссоциированный газ, атомы которого разделены на ионы и электроны. Отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные ионы взаимосвязаны и ведут себя как свободные заряды, в результате чего плазма в целом нейтральна, по вто же время является проводником. Однако газ в плазменном двигателе чаще всего ионизирован не полностью и содержит нейтральные атомы. Такой газ называют низкотемпературной плазмой. Таким образом, низкотемпературная плазма - это электрически нейтральная смесь из электронов, ионов и нейтральных атомов. Плазма подвержена действию электрического и магнитного полей, что и используется в двигателях, где под действием электрического поля ионы движутся к катоду, а электроны к аноду. [25]
Рассмотренные электромагнитные насосы являются своеобразными двигателями постоянного тока. В связи с этим производится разработка реактивных плазменных двигателей для космических ракет, причем ставится задача получения скоростей истечения плазмы до 100 км / с. Такие двигатели не будут обладать большой силой тяги и поэтому будут пригодны только для работы вдали от планет, где поля тяготения слабы; однако они имеют то преимущество, что массовый расход вещества ( плазмы) мал. Необходимую для их питания электрическую энергию предполагается получать с помощью ядерных реакторов. Для плазменных двигателей постоянного тока трудную проблему составляет создание надежных электродов для подвода тока к плазме. [26]
В приборах для ускорения проводящей среды происходит превращение электрической энергии в механическую. Ускорение плазмы в кондукционном насосе называют ускорением в скрещен - ных полях. Ускорение по схеме индукционного насоса лежит в основе асинхронного плазменного двигателя. В обоих случаях магнитные поля создаются токами в специальных обмотках. [28]
Электрические двигатели являются в настоящее время наиболее перспективными для осуществления длительных полетов в пределах Солнечной системы. Они могут применяться для корректировки орбиты спутников Земли и в ряде других случаев. Среди электрических двигателей на первое место могут быть поставлены плазменные двигатели, в которых реактивная тяга создается потоком плазмы. Энергия сообщается плазме нагреванием ( за счет джоу-лева нагрева плазмы протекающим через нее током) или ускорением плазмы магнитным полем. Магнитное поле в плазменных магни-тогидродинамических двигателях ( МГД) не только служит для ускорения плазмы, но и предотвращает ее соприкосновение со стенками камеры и выходного сопла. Так как длительное удержание плазмы магнитным полем осуществить трудно, то плазменные двигатели работают в импульсном режиме. [29]
Плазма с успехом применяется для получения порошков тугоплавких металлов и в процессах сварки и резки металлов. Применение плазмы не ограничивается химией и металлургией. Ускоренная электромагнитными полями плазма может использоваться как рабочее тело в реактивных плазменных двигателях, предназначенных для космических полетов. [30]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Стационарный плазменный двигатель — Стационарные плазменные двигатели СПД стационарный плазменный двигатель. Разработан в опытном конструкт … Википедия
ПЛАЗМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — 1) электрический ракетный двигатель, в котором рабочее тело плазма;2) то же, что электромагнитный ракетный двигатель … Большой Энциклопедический словарь
ДВИГАТЕЛЬ — устройство, преобразующее один вид энергии в др. вид или механическую работу; (1) Д. внутреннего сгорания тепловой двигатель, внутри которого происходит сжигание топлива и часть выделившейся при этом теплоты преобразуется в механическую работу.… … Большая политехническая энциклопедия
Плазменный ракетный двигатель — Схематическое устройство плазменного ускорителя Плазменный двигатель (также плазменный инжектор) ракетный двигатель, рабочее тело кото … Википедия
плазменный ракетный двигатель — 1) электрический ракетный двигатель, в котором рабочее тело плазма; 2) то же, что электромагнитный ракетный двигатель. * * * ПЛАЗМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЛАЗМЕННЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, 1) электрический ракетный двигатель (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ… … Энциклопедический словарь
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — плазменный двигатель, электрический ракетный двигатель, в к ром превращённое в плазму рабочее тело разгоняется с помощью электромагн. поля. Уд. импульс Э. р. д. может достигать неск. сотен км/с. Впервые испытан в полёте на сов. КА Зонд 2 . См.… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Ракетный двигатель — реактивный двигатель, источник энергии и рабочее тело которого находится в самом средстве передвижения. Ракетный двигатель единственный практически освоенный для вывода полезной нагрузки на орбиту искусственного спутника Земли и применения в… … Википедия
Варп-двигатель — Эта статья об объекте вымышленного мира описывает его только на основе самого художественного произведения. Статья, состоящая только из информации на базе самого произведения, может быть удалена. Вы можете помочь проекту … Википедия
Warp-двигатель — Звёздный путь (Star Trek) Телесериалы Оригинальный сериал 80 эпизодов Анимационный сериал 22 эпизода Следующее поколение … Википедия
Термоядерный ракетный двигатель — варианты конструкции ТЯРД Термоядерный ракетный двигатель (ТЯРД) перспективный ракетный двигатель для космических полётов, в котором для создания тяги предполагаетс … Википедия
dic.academic.ru
ПЛАЗМЕННЫЕ ДВИГАТЕЛИ - космич. реактивные (ракетные) двигатели с рабочим веществом в плазменной фазе, использующие для создания и ускорения потока плазмы электрич. энергию. П. д. представляют собой соответствующим образом оптимизированные плазменные ускорители .П. д. - составная часть семейства электроракетных двигателей (ЭРД), в к-рое входят также ионные и эл--нагревные двигатели. При эл--магн. ускорении плазмы скорость истечения существенно превосходит тепловую скорость, характерную для хим. (тепловых) ракетных двигателей, что в соответствии с ф-лой Мещерского - Циолковского (см. Механика тел переменной массы)расширяет диапазон достижимых характеристич. скоростей и увеличивает долю полезной нагрузки на космич. летат. корабле (КЛА). П. д. функционируют на борту КЛА в условиях невесомости либо очень малых гравитац. полей. П. д. имеют малую тягу (10-2 - 10-1Н), работают длит. время (
103 ч) при большом числе включений. С учётом огранич. возможностей совр. космич. энергетики осн. критериями оптимизации П. д. являются весовые и габаритные характеристики электроракетных двигат. установок (ЭРДУ), ресурс их работы, энергетич. цена тяги
(и - скорость истечения,
= Fu/2N - тяговый кпд, где F - тяга, N - потребляемая электрич. мощность), уменьшающаяся при заданной скорости истечения по мере роста
Использование П. д. (ЭРД) дает возможность прецизионно установить требуемые параметры орбиты КЛА, поддерживать их неизменными и осуществлять перевод КЛА с одной траектории на другую. Интенсивная разработка П. д. началась в кон. 1950-х гг. В качестве прототипов П. д. рассматривались все схемы плазменных ускорителей. Однако до сих пор применяются только два типа П. д.: эрозионный импульсный П. д. (ИПД) и стационарный (неимпульсный) П. д. (СПД). В эрозионных ИПД электрич. разряд развивается вдоль поверхности рабочего вещества (типа фторпласта, напр. тефлона), к-рое испаряется, частично ионизуется, и образовавшаяся плазма термически ускоряется. С помощью таких П. д. создаются регулярные малые, точно дозированные импульсы тяги, недостижимые при работе ракетных двигателей др. типов. Первый ИПД создан в СССР в 1930. В космич. условиях эрозионные ИПД впервые были успешно испытаны в 1964 на борту советской межпланетной космич. станции "Зонд-2". ЭРДУ с четырьмя эрозионными ИПД (рис.) функционировала с 1968 в течение более чем 2 лет на борту американского спутника связи LES-6, поддерживая параметры его орбиты. Чтобы удержать разряд в одном месте, брусок тефлона 1 закреплён с одной стороны буртиком (выступом) 6, с другой - пружиной 8, к-рая подаёт брусок вперёд по море его выгорания. Запасаемая энергия 1,85 Дж, унос вещества за разряд 10-8 кг, скорость истечения 3 км/с. Двигатель рассчитан на 12 х 106 разрядов с импульсом 2 х 10-5 Н/с.
Схема эрозионного импульсного плазменного двигателя спутника LES-6: 1 - брусок тефлона; 2 - катод; 3 - анод; 4 - струя плазмы; 5 - устройство для поджига разряда; 6 - буртик; 7 - конденсатор; 8 - пружина подачи.
СПД - исторически сложившееся, не очень удачное название двигат. варианта плазменного ускорителя с замкнутым дрейфом электронов и протяжённой зоной ускорения. Эти двигатели могут работать длит. время в пост. режиме. ЭРДУ с двумя СПД, работавшими на ксеноне, каждый мощностью 400 Вт, скоростью истечения ~10 км/с и тягой - 2 х 10-2 Н впервые функционировала на борту советского ИСЗ "Метеор" в 1972. С её помощью за 170 ч работы высота орбиты ИСЗ изменилась на 17 км, и спутник был установлен на геосинхронную орбиту. В дальнейшем ЭРДУ с ксеноновыми СПД были включены в состав советских спутников серии "Метеор - природа", они регулярно выводятся в космос на борту спутников связи, в т. ч. ретрансляторов, для коррекции и поддержания параметров орбиты.
Лит.: Гильзин К. А., Электрические межпланетные корабли, 2 изд., М., 1970; Морозов А. И., Шубин А. П., Космические электрорсактивные двигатели, М., 1975; Гришин С. Д., Лесков Л. В., Козлов Н. П., Электрические ракетные двигатели, М., 1975.
А. П. Шубин.
Предметный указатель >>
www.femto.com.ua
Изобретение относится к авиационной технике и может использоваться для летательных аппаратов. Известен плазменный двигатель, содержащий два коаксиальных цилиндрических электрода, разделенных изолятором, на которые подается напряжение и создается плазменный шнур. При работе известного плазменного двигателя плазмы замыкает электроды и ускоряется в магнитном поле, создаваемом током, протекающим по электродам. Ускоряемая плазма создает реактивную тягу (Гришин С.Д., Лесков Л.В. Электрические ракетные двигатели космических аппаратов. М. : Машиностроение, 1989, с. 154 - 157). Изобретение направлено на повышение КПД двигателя и снижение расхода газа. Данный технический результат достигается за счет того, что в плазменном двигателе, содержащем два коаксиальных цилиндрических электрода, разделенных изолятором, на которые подается напряжение и создается плазменный шнур, при этом плазма замыкает электроды и ускоряется в магнитном поле, создаваемом электродами, создавая реактивную тягу, согласно настоящему изобретению, на нижнюю часть плазменного двигателя установлена разрядная камера, состоящая из двух коаксиально установленных труб, находящихся под напряжением, внутренняя из которых служит анодом, а внешняя - катодом, снаружи образованного плазменного ускорителя установлены наружные пусковые камеры, помещенные в корпуса и соединенные с подводом газа в середину камеры, причем в средней части пусковых камер все стенки покрыты кварцевым стеклом и снизу содержат емкость для ртути с возможностью частично непрерывно испарять ртуть в среднюю часть камер, для подачи газа азота или воздуха сверху пусковых камер установлены всасывающие воздух клапаны, для ионизации газа используются лампы с определенной длиной волны излучения в виде ламп на парах ртути или с ртутными электродами с разностью потенциалов, достаточной для создания плазмы, с возможностью подачи плазмы в плазменный двигатель. Снаружи на каждую пусковую камеру могут быть установлены восемь или более плазменных ускорителей, выполненных в виде двух коаксиальных труб, находящихся под напряжением. Сверху них могут быть установлены всасывающие клапаны для забора воздуха снаружи. Все выпускные клапаны на центральном катоде ускорителя закрыты и открываются автоматически для подачи плазмы, которая двигается с большой скоростью и осуществляет засасывание воздуха снаружи. На фиг. 1 изображен плазменный двигатель в разрезе; на фиг. 2 - вид сверху на плазменный двигатель. Плазменный двигатель содержит анод 1 и катод 2, наружные пусковые ионизационные камеры 3 с подводами 4 газа в середину камер 3, всасывающие клапаны 5, емкости 6 для ртути, ускорители 7 сверху пусковых камер 3, лампы 8 на парах ртути или с ртутными электродами, впускные клапаны 9 для подачи плазмы в ускоритель двигателя, тяговую камеру 10 для создания реактивной тяги и катушки 11 для создания магнитного поля. Плазменный двигатель работает следующим образом. Подается газ, соответствующий длине волны установленной в пусковой камере ртутной лампы 8, по системе трубопроводов 4 в каждую пусковую камеру 3. Газ ионизируется и превращается в плазму. В это время выпускные клапаны 9 закрыты. Когда в пусковых камерах 3 ионизация плазмы закончилась, то регулируемые выпускные клапаны 9 открываются, и плазма из пусковых камер 3 поступает в центральный плазменный двигатель. Плазма в центральном плазменном двигателе замыкает две коаксиальные трубы двигателя, с большой скоростью выбрасывается снизу через разрядную камеру. В результате разряжения открываются все всасывающие клапаны сверху двигателей и центрального плазменного двигателя. Пусковые камеры 3 заполняет воздух, который заполняет и центральный двигатель. Воздух содержит до 70% азота. Для лучшей ионизации воздуха из емкостей с ртутью поступают пары ртути, которые смешиваются с воздухом, богатым азотом и ионизируются ртутным лампами 8. Плазма то убивает, то прибывает в пусковые камеры 3, создавая колебательные движения и постоянно засасывая воздух снаружи. Для ионизации воздуха, захватываемого центральным двигателем, в катоде 2 в зоне пусковых камер 3 сделаны из кварцевого стекла.
1. Плазменный двигатель, содержащий два коаксиальных цилиндрических электрода, разделенных изолятором, на которые подается напряжение и создается плазменный шнур, при этом плазма замыкает электроды и ускоряется в магнитном поле, создаваемом электродами, создавая реактивную тягу, отличающийся тем, что на нижнюю часть плазменного двигателя установлена разрядная камера, состоящая из двух коаксиально установленных труб, находящихся под напряжением, внутренняя из которых служит анодом, а внешняя - катодом, снаружи образованного плазменного ускорителя установлены наружные пусковые камеры, помещенные в корпусе и соединенные с подводом газа в середину камеры, причем в средней части пусковых камер все стенки покрыты кварцевым стеклом и снизу содержат емкость для ртути с возможностью частично непрерывно испарять ртуть в среднюю часть камер, для подачи газа азота или воздуха сверху пусковых камер установлены всасывающие воздух клапаны, для ионизации газа используются лампы с определенной длиной волны излучения в виде ламп на парах ртути или с ртутными электродами с разностью потенциалов, достаточной для создания плазмы, с возможностью подачи плазмы в плазменный двигатель. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что снаружи на каждую пусковую камеру установлены восемь или более плазменных ускорителей, выполненных в виде двух коаксиальных труб, находящихся под напряжением, при этом сверху них установлены всасывающие клапаны для забора воздуха снаружи, все выпускные клапаны на центральном катоде ускорителя закрыты и открываются автоматически для подачи плазмы, которая двигается с большой скоростью и осуществляет засасывание воздуха снаружи.
MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 10.12.1998
Номер и год публикации бюллетеня: 28-2002
Извещение опубликовано: 10.10.2002
bankpatentov.ru
