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.
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.
Литература по плазменным двигателям
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.
Знаете ли Вы, что в 1965 году два американца Пензиас (эмигрант из Германии) и Вильсон заявили, что они открыли излучение космоса. Через несколько лет им дали Нобелевскую премию, как-будто никто не знал работ Э. Регенера, измерившего температуру космического пространства с помощью запуска болометра в стратосферу в 1933 г.? Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
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
