Электроракетные двигатели (электрореактивные двигатели, ЭРД)-космич. реактивные двигатели, в к-рых
направленное движение реактивной струи создаётся за счёт электрич. энергии.
Электроракетная двигательная установка (ЭРДУ) включает собственно ЭРД, систему
подачи и хранения рабочего вещества и систему, преобразующую электрич. параметры
источника электроэнергии к номинальным для ЭРД значениям и управляющую функционированием
ЭРД. ЭРД - двигатели малой тяги, действующие в течение длит. времени (годы)
на борту космич. летательного аппарата (КЛА) в условиях невесомости либо очень
малых гравитац. полей. С помощью ЭРД параметры траектории полёта КЛА и его ориентация
в пространстве могут поддерживаться с высокой степенью точности либо изменяться
в заданном диапазоне. При эл--магн. либо эл--статич. ускорении скорость истечения
реактивной струи в ЭРД значительно выше, чем в жидкостных или твердо-топливных
ракетных двигателях; это даёт выигрыш в полезной нагрузке КЛА. Однако ЭРД требуют
наличия источника электроэнергии, в то время как в обычных ракетных двигателях
носителем энергии являются компоненты топлива (горючее и окислитель). В семейство
ЭРД входят плазменные двигатели (ПД), эл--хим. двигатели (ЭХД) и ионные
двигатели (ИД).
Электрохимические двигатели. В ЭХД электроэнергия используется для нагрева и хим. разложения рабочего
вещества. ЭХД подразделяются на электронагревные (ЭНД), термокаталитические
(ТКД) и гибридные (ГД) двигатели. В ЭНД рабочее вещество (водород, аммиак) нагревается
электронагревателем и затем истекает со сверхзвуковой скоростью через сопло
(рис. 1). В ТКД электроэнергией нагревается катализатор (до температуры ~500 oC),
химически разлагающий рабочее вещество (аммиак, гидразин); далее продукты разложения
истекают через сопло. В ГД происходит сначала разложение рабочего вещества,
потом подогрев продуктов разложения и их истечение. Конструкция ЭХД и используемые
конструкц. материалы рассчитаны на включение на борту КЛА в течение 7-10 лет
при числе запусков до 105, длительности непрерывной работы ~ 10-100
ч и отклонении тяговых характеристик от номинала не более 5-10%. Уровень потребляемой
ЭХД электрич. мощности - десятки Вт, диапазон тяг - 0,01 -10 H. ЭХД имеют очень
низкую для ЭРД энергетич. цену тяги ~3 кВт/Н, большую скорость истечения струи
(
3 км/с) за счёт
малого молекулярного веса рабочего вещества и продуктов его разложения. Гидразиновый
ГД с тягой 0,44 H успешно работал на спутнике связи "Интел-сат-5";
аммиачный ЭНД с тягой 0,15 H входит в состав штатной ЭРДУ спутников серии "Метеор",
к-рая корректирует орбиту и ориентацию спутника.
Рис. 1. Схема электронагревного
двигателя: 1 -пористый электронагреватель;
2-тепловой экран; 3 - кожух; 4- сопло.
Ионные двигатели. В
ИД положит. ионы рабочего вещества ускоряются в эл--статич. поле. ИД (рис. 2)
состоит из эмиттера ионов 4, ускоряющего электрода 5 с отверстиями (щелями),
сквозь к-рые проходят ускоренные ионы, и внеш. электрода 6 (экрана), в роли
к-рого обычно используют корпус ИД. Ускоряющий электрод находится под отрицат.
потенциалом (~103-104B) относительно эмиттера. Электрич.
ток и пространств. электрич. заряд реактивной струи должны быть нулевыми, поэтому
выходящий ионный пучок нейтрализуется электронами, к-рые эмитирует нейтрализатор
7. Внеш. электрод находится под потенциалом, отрицательным относительно эмиттера
и положительным относительно ускоряющего электрода; положит. смещение потенциала
выбирается таким, чтобы сравнительно малоэнергичные электроны из нейтрализатора
запирались электрич. полем и не попадали в ускоряющий промежуток между эмиттером
и ускоряющим электродом. Энергия ускоренных ионов определяется разностью потенциалов
между эмиттером и внеш. электродом. Наличие положит. пространств. заряда в ускоряющем
промежутке ограничивает ионный ток из эмиттера. Осн. параметры ИД: скорость
истечения, тяговый кпд, энергетич. цена тяги (Вт/Н), энергетич. цена иона (эВ/ион)
- кол-во энергии, затрачиваемое на образование иона. Степень ионизации рабочего
вещества в ИД должна быть как можно выше(>0,9
0,95).
Рис. 2. Схема ионного
двигателя с объёмной ионизацией конструкции
Г. Кауфмана: 1 - катод газоразрядной камеры;
2- анод; 3 -магнитная катушка; 4-эмитирующий электрод;
5 - ускоряющий электрод; 6 - внешний электрод; 7 - нейтрализатор.
В зависимости от типа эмиттера
ИД подразделяются на двигатели с поверхностной ионизацией (ИДПИ), коллоидные
двигатели (КД) и двигатели с объёмной ионизацией (ИДОИ). В ИДПИ ионизация происходит
при пропускании паров рабочего вещества сквозь пористый эмиттер; энергия ионизации
рабочего вещества должна быть меньше работы выхода материала эмиттера. Обычно
выбирается пара цезий (рабочее вещество) - вольфрам (эмиттер). Эмиттер подогревается
до температуры 1500 oK во избежание конденсации рабочего вещества. В
КД (существуют только лаб. прототипы) рабочее вещество (20%-ный раствор йодистого
калия в глицерине) распыляется через капилляры в виде положительно заряженных
микрокапель в ускоряющий промежуток; электрич. заряд микрокапель возникает в
процессе экстракции струек из капилляров в сильном электрич. поле и последующем
их распаде на капли. Источником ионов в ИДОИ является газоразрядная камера (ГРК),
в к-рой атомы рабочего вещества (паров металлов, инертных газов) ионизуются
электронным ударом в газовом разряде низкого давления [разряд между электродами
1 и 2 (рис. 2) либо безэлектродный СВЧ-разряд]; ионы из плазмы ГРК вытягиваются
в ускоряющий промежуток сквозь отверстия эмитирующего электрода-стенки ГРК,
образующего вместе с ускоряющим электродом ионно-оптич. систему (ИОС) для ускорения
и фокусировки ионов. Стенки ГРК, кроме эмитирующего электрода, магнитоизолированы
от плазмы. ИДОИ - наиб. разработанные с инженерн. и физ. точек зрения ИД, их
тяговый кпд ~70%, подтверждённый в наземных испытаниях ресурс работы доведён
до 2 · 104 ч. Ресурс работы ИД ограничивается эрозией ускоряющего
электрода вследствие его катодного распыления вторичными ионами, возникающими
в результате перезарядки быстрых ускоренных ионов на медленных нейтральных атомах
рабочего вещества. Энергетич. цены тяги и иона в ИД (за исключением КД) весьма
значительны (
2·104Вт/H,
250 эВ/ион). По этой причине ИД пока не используются в космосе в качестве рабочих
ЭРД (ЭХД, ПД), хотя они неоднократно испытывались на борту КЛА. Наиб. значительно
испытание по программе SERT-2 (1970, США); в состав ЭРДУ входили две ИДОИ конструкции
Г. Кауфмана (рабочее тело - ртуть, потребляемая мощность 860 Вт, кпд 68%, тяга
0,03 H), проработавшие без отказа непрерывно 3800 ч и 2011 ч соответственно
и возобновившие функционирование после длит. перерыва.
ПД по схеме плазменных ускорителей с замкнутым дрейфом электронов и протяжённой зоной ускорения систематически используется на КЛА, в особенности на геостационарных спутниках связи.
А. П. Шубин.
Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.
В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
|
|
 |
