Električni raketni motor

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Električni raketni motor
Upotreba
Razvoj pogodan za letove na vanjske planete Sunčevog sistema [1]
Masa i dimenzije
specifikacije
Karakteristike performansi

Električni raketni motor (ERE) je raketni motor čiji se princip rada zasniva na pretvaranju električne energije u usmjerenu kinetičku energiju čestica [2] . Postoje i nazivi koji uključuju riječi jet i propulsion .

Kompleks koji se sastoji od skupa električnih pogonskih motora , sistema za skladištenje i snabdevanje radnim fluidom (SKHiP), automatskog upravljačkog sistema (ACS), sistema napajanja (EPS), naziva se električni pogonski sistem (EPP) .

Uvod

Ideja o korištenju električne energije za ubrzanje u mlaznim motorima nastala je gotovo na početku razvoja raketne tehnologije. Poznato je da je K. E. Tsiolkovsky izrazio ovu ideju. Godine 1916 - 1917, R. Goddard je izveo prve eksperimente, a 30-ih godina XX vijeka u SSSR-u, pod vodstvom V.P. Glushka , stvoren je jedan od prvih operativnih EJE-a.

Od samog početka se pretpostavljalo da će odvajanje izvora energije i ubrzane supstance obezbediti veći protok radnog fluida (RT) , kao i manju masu letelice (SC) smanjenjem mase uskladišteni radni fluid . Zaista, u poređenju sa drugim raketnim motorima, EJE mogu značajno povećati aktivni život (SAS) svemirske letelice, dok značajno smanjuju masu pogonskog sistema (PS), što vam, shodno tome, omogućava povećanje nosivosti ili poboljšanje maseno-dimenzionalne karakteristike same svemirske letjelice[3 ] .

Proračuni pokazuju da će upotreba EJE-a smanjiti trajanje leta do udaljenih planeta (u nekim slučajevima čak i omogućiti takve letove) ili, uz isto trajanje leta, povećati nosivost.

Od sredine 1960-ih u SSSR-u i u SAD -u počela su puna ispitivanja električnih pogonskih motora, a početkom 1970 - ih električni pogonski motori su počeli da se koriste kao standardni pogonski sistemi.

Trenutno se EJE široko koriste kako u pogonskim sistemima zemaljskih satelita tako i u pogonskim sistemima međuplanetarnih svemirskih letjelica.

EJE klasifikacija

Klasifikacija EJE nije uspostavljena, međutim, u literaturi na ruskom jeziku obično je uobičajeno da se EJE klasifikuje prema preovlađujućem mehanizmu ubrzanja čestica. Pravi se razlika između sljedećih tipova motora :

Klasifikacija električnih pogonskih motora prihvaćena u literaturi na ruskom jeziku

ETD se, pak, dijele na električne grijaće (ENM) i elektrolučne (EDM) motore.

Elektrostatički se dijele na ionske (uključujući koloidne) motore (ID, CD) - akceleratore čestica u unipolarnom snopu i akceleratore čestica u kvazineutralnoj plazmi. Potonji uključuju akceleratore sa zatvorenim driftom elektrona i proširenom (USP) ili skraćenom (USP) zonom ubrzanja. Prvi se obično nazivaju stacionarnim plazma potisnicima (SPT) ; postoji i (sve manje) naziv - linearni Hall thruster (LHD), u zapadnoj literaturi se naziva Hall thruster. SPL se obično nazivaju motori za ubrzanje anode (ANM) .

Visokostrujni (magnetoplazma, magnetodinamički) motori uključuju motore sa vlastitim magnetnim poljem i motore s vanjskim magnetnim poljem (na primjer, krajnji Hallov motor - TCD).

Impulsni motori koriste kinetičku energiju plinova proizvedenih isparavanjem čvrste tvari u električnom pražnjenju.

Sve tečnosti i gasovi , kao i njihove mešavine, mogu se koristiti kao radni fluid u EJE. Međutim, za svaki tip motora postoje radne tekućine čija upotreba omogućava postizanje najboljih rezultata. Za ETD se tradicionalno koristi amonijak , za elektrostatički - ksenon , za visokostrujni - litijum , za pulsni - fluoroplast .

Nedostatak ksenona je njegova cijena, zbog niske godišnje proizvodnje (manje od 10 tona godišnje širom svijeta), što primorava istraživače da traže druge RT koje su slične po karakteristikama, ali jeftinije. Argon se smatra glavnim kandidatom za zamjenu. Takođe je inertan gas, ali, za razliku od ksenona, ima veću energiju jonizacije sa manjom atomskom masom. Energija koja se troši na jonizaciju po jedinici ubrzane mase jedan je od izvora gubitka efikasnosti .

Kratke tehničke karakteristike

EJE se odlikuju niskim masenim protokom RT i velikom brzinom protoka ubrzanog protoka čestica. Donja granica izlazne brzine približno se poklapa sa gornjom granicom izlazne brzine mlaza hemijskog motora i iznosi oko 3000 m/s. Gornja granica je teoretski neograničena (unutar brzine svjetlosti), međutim, za obećavajuće modele motora uzima se u obzir brzina koja ne prelazi 200.000 m / s. Trenutno se za motore različitih tipova optimalna brzina istjecanja smatra od 16.000 do 60.000 m / s.

Zbog činjenice da se proces ubrzanja u EJE odvija pri niskom pritisku u kanalu za ubrzavanje (koncentracija čestica ne prelazi 10 20 čestica/m³), gustoća potiska je prilično niska, što ograničava upotrebu EJE: vanjski pritisak ne bi trebao premašiti pritisak u kanalu za ubrzanje, a ubrzanje svemirske letjelice je vrlo malo (desetinke ili čak stoti dio g ). Izuzetak od ovog pravila može biti EDD na malim svemirskim letjelicama.

Električna snaga električnog pogonskog motora kreće se od stotina vati do megavata. EPE koji se trenutno koriste na svemirskom brodu imaju snagu od 800 do 2.000 vati.

EJE se odlikuju efikasnošću - od 30 do 80%.

Priča

Električni mlazni motor u Politehničkom muzeju u Moskvi. Nastao 1971. godine u Institutu za atomsku energiju. I. V. Kurchatova

1964. godine, u sistemu kontrole položaja sovjetske svemirske letjelice "Zond-2", 6 pulsnih RD-ova erozije radilo je na fluoroplastici u trajanju od 70 minuta; Ugrušci izvedeni iz plazme imali su temperaturu od oko 30 i 000 K su istekli pri brzinama do 16 km/s (kapacitet kondenzatorske baterije je bio 100 mikrona F , radni napon ~1kV). U SAD-u su slična ispitivanja obavljena 1968. godine na letjelici LES-6. Godine 1961., pinch puls RD američke firme "Ripablik avieyshen" ( Engl. Republic Aviation) razvili su se na štapu štanda 45 mN pri brzini protoka od 10-70 km/s.

1. oktobra 1966. godine, trostepena geofizička raketa 1Ya2TA lansirala je automatsku jonosfersku laboratoriju "Yantar-1" na visinu od 400 km radi proučavanja interakcije mlazne struje električnog raketnog motora (ERE) koji radi na argonu sa jonosferskim plazma. Eksperimentalni plazma-jonski EJE prvo je uključen na visini od 160 km, a tokom narednog leta izvedeno je 11 ciklusa njegovog rada. Brzina izlivanja mlaznog toka bila je oko 40 km/s. Laboratorija Yantar je dostigla ciljnu visinu leta od 400 km, let je trajao 10 minuta, EJE je radio postojano i razvio je projektovani potisak sile od pet grama. Naučna zajednica je saznala o dostignućima sovjetske nauke iz izveštaja TASS-a.

U drugoj seriji eksperimenata korišten je dušik . Brzina istjecanja je povećana na 120 km/s. 1966. - 1971. lansirana su četiri slična uređaja (prema drugim izvorima prije 1970. i šest uređaja).

U jesen 1970. godine, pogonski motor sa direktnim protokom zraka uspješno je prošao testove u stvarnom letu. U oktobru 1970. godine, na XXI kongresu Međunarodne astronomske federacije, sovjetski naučnici - profesor G. Grodzovsky , kandidati tehničkih nauka Yu. Danilov i N. Kravcov, kandidati fizičkih i matematičkih nauka M. Marov i V. Nikitin, dr. Tehničke nauke V. Utkin - izvestio o ispitivanjima vazdušnog pogonskog sistema. Registrovana brzina mlaznog toka dostigla je 140 km/s.

Godine 1971. na sistemu korekcije sovjetskog meteorološkog satelita "Meteor" radila su dva stacionarna plazma motora za dizajn Instituta za atomsku energiju. IV Kurchatova i OKB Fakel, od kojih je svaki, sa napajanjem od ~ 0,4 kW, razvio potisak od 18-23 mN i brzinu istjecanja veću od 8 km / s. Rulna staza je imala dimenzije 108 × 114 × 190 mm, masu 32,5 kg i zalihu RT (komprimovanog ksenona) od 2,4 kg. Prilikom jednog od pokretanja jedan od motora je radio neprekidno 140 sati Ovaj električni pogonski sistem je prikazan na slici.

Također, električni pogon se koristi u misiji Dawn i u projektu BepiColombo .

Perspektive

Iako električni raketni motori imaju mali potisak u poređenju sa raketama na tečno gorivo , oni su u stanju da rade dugo vremena i obavljaju spore letove na velikim udaljenostima [4] [5] . Najnapredniji električni raketni motori danas imaju ΔV do 100 km/s i, kada se koriste nuklearni izvori energije, pogodni su za letove do vanjskih planeta Sunčevog sistema , ali nisu dovoljno snažni za međuzvjezdani let [4] [5] . Ako govorimo o međuzvjezdanom letu , tada je za projekt Daedalus razmatran električni raketni motor s nuklearnim reaktorom , ali je odbijen zbog malog potiska, velike težine potrebne za pretvaranje nuklearne energije u električnu energiju, opremu i kao rezultat , malo ubrzanje, za koje bi bili potrebni stoljeći da se postigne željena brzina [6] [7] [8] . Međutim, elektro-raketna metoda međuzvjezdanog leta je teoretski moguća sa vanjskim izvorom energije preko lasera do solarnih baterija svemirske letjelice [9] [10] [11] .

Trenutno mnoge zemlje proučavaju pitanja stvaranja međuplanetarnih svemirskih letjelica s ljudskom posadom s električnim pogonskim sistemom. Postojeći EJE nisu optimalni za upotrebu kao pogonski motori za takve brodove, te stoga u bliskoj budućnosti treba očekivati ​​ponovno interesovanje za razvoj visokostrujnih EJE na bazi tečnih metala RT ( bizmut , litijum , kalij , cezijum ) sa električnom snagom do 1 MW, sposoban za dugotrajan rad na strujama do 5-10 kA. Ove rulne staze moraju razviti potisak do 20-30 N i brzinu istjecanja od 20-30 km/s sa efikasnošću od 30% ili više. Godine 1975., slična rulna staza je testirana u SSSR-u na satelitu Kosmos-728 (rulna staza od 3 kW, sa pogonom na kalijum sa izlaznom brzinom od ~ 30 km/s).

Pored Rusije i Sjedinjenih Američkih Država, istraživanje i razvoj električnih pogonskih motora obavljaju se i u Velikoj Britaniji , Njemačkoj , Francuskoj , Japanu , Italiji . Glavne oblasti djelovanja ovih zemalja: Izdavačka kuća (najuspješniji razvoji Velike Britanije i Njemačke, posebno zajednički); SPD i DAS (Japan, Francuska); ETD (Francuska). U osnovi, ovi motori su dizajnirani za satelite.

vidi takođe

Linkovi

Bilješke (uredi)


Književnost