Электрореактивные двигатели малой тяги


Электрореактивные двигатели малой тяги

В 1929 г. в Ленинграде впервые в мире бы­ли начаты работы по конструированию ЭРД. В.П.Глушко предложил и исследовал первый импульсный электротермический двигатель, в котором рабочее вещество в твердом или жидком виде, подаваемое в рабочую камеру порциями, нагревалось до очень высоких тем­ператур с помощью электровзрывов, а затем оно истекало через сопло.

Интенсивное развитие ЭРД началось в кон­це 50-х годов. Мощным стимулом к этому по­служили огромные успехи в освоении космоса и появление в связи с проблемой управляемо­го термоядерного синтеза новой отрасли физи­ки — физики высокотемпературной плазмы.

Советскому Союзу принадлежит приоритет в разработке и испытаниях в космических ус­ловиях плазменных ЭРД. Разработанные и созданные коллективами ряда организаций первые электрические реактивные двигатели для работы в космосе были испытаны в 1964 г. на автоматической станции «Зонд 2», где они использовались для постоян­ной ориентации станции на Солнце. Это были импульсные плазменные двигатели. Следующий экспериментальный запуск электрореактивных двигателей в космос был в 1971 г. в составе ис­кусственного спутника Земли «Метеор». При этом были испытаны два двигателя — ионный с объемной ионизацией (ИДОЙ) и стационарный плазменный (СПД) (рис. 31).

 

Электрореактивные двигатели малой тяги 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оба двига­теля показали полную работоспособность в космических условиях. С помощью СПД было проведено несколько маневров, изменен ради­ус орбиты спутника и спутник «Метеор» был установлен на условно-синхронную орбиту, что заметно повысило информативность всей систе­мы. Двигательная установка в составе объекта проработала 170 ч и была выключена в работо­способном состоянии.

Расчеты, подтвержденные экспериментами  в космосе, показали, что даже при сравнитель­но низкой энерговооруженности спутников применение электрореактивных двигателей для целей ориентации и коррекции орбит спутни­ков увеличивает срок их активного существова­ния,  даёт возможность осуществлять точную их установку на заданную высоту.

Использование электрических реактивных двигателей в сочетании с ядерной энергети­ческой установкой может существенно увели­чить энерговооруженность космических объек­тов, делает применение их еще более перспек­тивным, причем эти преимущества возраста­ют по мере увеличения мощности и ресурса ядерных энергоустановок.

При малой мощности (единицы киловатт) ЭРД позволяют осуществлять перевод спутни­ков в нужные точки фазового пространства, производить плавные и точные маневры, ком­пенсировать силу аэродинамического торможе­ния низколетающих спутников, что резко увеличивает их ресурс и повышает   информативность и качество работы системы.

Существенным преимуществом   ЭРД является возможность регулирования тяги в широких пределах при соответственном   изменении потребляемой мощности, что весьма ценно при  управлении   искусственными  спутниками.

Для энергосистем электрической мощно­стью десятки киловатт эти задачи останутся ос­новными, но к ним добавятся задачи по ис­пользованию ЭРД для космических транспорт­ных систем и переводу искусственных спутни­ков Земли с низких орбит на геостационарные и обратно.

Особый интерес ЭРД представляют для долгоживущих спутников, которые должны непре­рывно компенсировать возмущения (например, аэродинамическое сопротивление), или для ап­паратов, совершающих различного рода ма­невры.

ЭРД можно выполнить с практически лю­бой нужной скоростью истечения рабочего те­ла и на тягу до десятка килограмм, поэтому дальнейшее расширение сферы применения ЭРД вплоть до применения их в качестве маршевых ракетных двигателей для межпланетных полетов определяется возможностями энергетики на борту космического аппарата. Ресурс современных ЭРД достигает 10000 ч, а число включений измеряется десятками тысяч для стационарных   ЭРД и десятками миллионов — для импульсных ЭРД. Эти двигатели в эксплуатации. Они характеризуются широки­ми пределами автономного регулирования ос­новных параметров (тяги и скорости истечения рабочего тела) без существенного изменения кпд.

В ионных и электродинамических двигате­лях можно изменять направление вектора тя­ги без применения   механических   устройств.  ЭРД могут работать стационарно и рабочим импульсами (порядка миллисекунд и микросе­кунд).

Уровень мощности в современных одиноч­ных стационарных модулях ЭРД изменяется в пределах от десятков ватт (электронагревные и ионные микродвигатели) до сотен киловатт (торцевые двигатели), и пока не видно предела продвижения как в сторону малых, так и в сто­рону больших мощностей.

Электрореактивные двигатели малой тяги

 

В ИАЭ им. И. В. Курчатова разработаны      плазменные, электронагревные и ионные двигатели со скоростью истечения рабочего тела до 100 км/сек и с экспериментально проверенным ресурсом несколько тысяч часов (рис. 32)

 

Рис.32. Ионный двигатель с ядерной энергетической установкой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        

Создание и успешное проведение испытаний ядерных термоэмиссионных энергетических установок  и разработка на их основе энергодвигательных комплексов свидетельствуют о научно-техническом прогрессе  в развитии работ по использованию ядерной энергии для космических целей.