плазменные двигатели

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      >>