Стационарный плазменный двигатель ( СПД ) — электростатический ракетный двигатель на эффекте Холла с истечением нейтральной плазмы, разработанный в при научном сопровождении ИАЭ им. И.В.Курчатова , МАИ и .

Принцип действия

Стационарный плазменный двигатель представляет собой электростатический ракетный двигатель на эффекте Холла с ксеноном в качестве рабочего тела . Его принцип действия основан на взаимодействии заряженных частиц плазмы с продольным электрическим и поперечным магнитным полями, это двигатель с замкнутым дрейфом электронов и протяженной зоной ускорения .

Ксеноновая плазма создается в двигателе за счет газового разряда в коаксиальном канале разрядной камеры. Благодаря физическим особенностям разряда с замкнутым дрейфом электронов происходит практически полная ионизация рабочего тела. Ионы ускоряются в электрическом поле вдоль разрядной камеры, в результате из камеры истекает направленный поток ионов (струя плазмы), что создаёт реактивную тягу .

Электроны плазмы дрейфуют по азимуту и ионизируют атомы ксенона, часть из них попадает на анод, а другая часть уходит вместе с ионами в плазменную струю. На выходе из разрядной камеры электроны компенсируют электрический потенциал ионного потока и пространственный заряд так, что автоматически выполняется условие равенства нулю полного электрического тока плазменной реактивной струи, истекающей из двигателя. Благодаря этому электрический потенциал космического аппарата лишь незначительно отличается от потенциала окружающего пространства .

Скорость истечения, тяга и потребляемая мощность струи плазмы на выходе из двигателя определяются разностью потенциалов, пройденной ионами в ускоряющем промежутке между анодом и катодом. Тяга зависит также от расхода рабочего тела (ксенона). У стационарного плазменного двигателя тяга почти прямо пропорциональна расходу рабочего тела .

Из-за жёсткой зависимости мощности от расхода рабочего тела при создании эффективного стационарно работающего плазменного двигателя малой мощности сложно обеспечить требуемое магнитное поле в ускорительном канале такого двигателя .

История

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 « ». 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. ^{[ источник не указан 441 день ]}

В 1974 году было произведено успешное испытание плазменного двигателя «Эол». В начале 1980-х Калининградское начинает серийно производить двигатели СПД-50, СПД-60, СПД-70 . В 1982 году был запущен первый спутник с СПД-70, « » типа 11Ф663 , а в 1994-м новой моделью СПД-100 оснастили спутник связи « Галс-1 ».

С 1995 года СПД используется в системах коррекции серии типа « Галс », « Экспресс », « Экспресс-А », Экспресс-АМ , Sesat разработки НПО прикладной механики , а с 2003 года — в составе зарубежных геостационарных спутников типа Inmarsat , , , 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 .

Технические характеристики

Этот раздел опирается на источники, аффилированные с предметом статьи или иной заинтересованной стороной. Это может вызвать сомнения в нейтральности и проверяемости представленной информации. Такие источники также не показывают значимость предмета статьи. Статью можно улучшить, использовав независимые вторичные источники вместо аффилированных. ( 31 октября 2022 )

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. ^{[ источник не указан 441 день ]}

ОКБ «Факел» производит различные двигатели, отличающиеся тягой, массогабаритными характеристиками, потребляемой мощностью для различных КА .

См. также

• Двигатель на эффекте Холла
• Магнетронное распыление
• Ядерная электродвигательная установка

Примечания

Литература

• Козубский К.Н. СПД работают в космосе / Козубский К.Н., Мурашко В.М., Рылов Ю.П. … [ и др. ] // Физика плазмы : журн. — 2003. — Т. 29, № 3. — С. 277–292.
• Ким, В. : доклад // Труды МАИ : электр. журн. — 2012. — Вып. 60. — УДК .
• Пятых, И. Н. Создание стационарного плазменного двигателя повышенной мощности : [ 22 августа 2019 ] / И. Н. Пятых, А. В. Румянцев // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Физико-математические и технические науки. — 2017. — № 4. — С. 63–66. — УДК .

Ссылки

• , ru-patent.info
• Егоров, И. : [ 21 января 2021 ] // Alpha Centauri. — 2020. — 15 апреля.