Курсова робота
За темі:
" Електричні ракетні іонні двигуни "
Загальна теорія електричних ракетних двигунів (ЕРД)
Загальні принципи ЕРД
Основоположник космонавтики К.Е. Ціолковський вперше в 1911 р. висловив думку, що за допомогою електрики можна надавати величезну швидкість частинкам, що викидається з реактивного приладу. Пізніше клас двигунів, заснованих на цьому принципі, стали називати електричними ракетними двигунами [10]. Проте до цих пір не існує загальноприйнятого і цілком однозначного визначення ЕРД.
У Фізичному енциклопедичному словнику ЕРД - це ракетний двигун, в якому робочим тілом служить іонізований газ (плазма), прискорювала переважно електромагнітними полями; в енциклопедії В«КосмонавтикаВ» - Це двигун, в якому в якості джерела енергії для створення тяги використовується електрична енергія, що виробляється бортовий енергоустановкою космічного апарату, в Політехнічному словнику наводиться третій варіант визначення ЕРД: це реактивний двигун, в якому робоче тіло розганяється до високих швидкостей з використанням електричної енергії.
Найбільш логічно електричними ракетними двигунами називати двигуни, в яких для розгону робочого тіла використовується електрична енергія, причому джерело енергії може знаходитися як на борту космічного апарата (КА), так і поза ним. В останньому випадку енергія або безпосередньо підводиться до прискорюючою системі від зовнішнього джерела, або передається на КА з допомогою сфокусованого пучка електромагнітного випромінювання.
Такого погляду на ЕРД дотримувалися і піонери космонавтики - Ю.В. Кондратюк, Г. Оберт, Ф.А. Цандер, В.П. Глушко. У роботі Ю.В. Кондратюка 1 розглядався КА, на який падає сконцентрований промінь світла, і електричний реактивний двигун, заснований на електростатичному прискоренні великих заряджених частинок, наприклад, графітового порошку. У тій же роботі вказані конкретні способи підвищення ефективності електродинамічного прискорювача маси (ЕДУМ) в застосуванні плазмового контакту і розгону у вакуумі. У 1929 р. Г. Оберт 2 описав іонний двигун. У 1929-1931 рр.. вперше був створений і випробуваний в лабораторії імпульсний електротермічний ЕРД, автором якого є основоположник ракетного двигунобудування В.П. Глушко. Їм же був запропонований і сам термін В«електричний ракетний двигунВ». p> Однак подальшого розвитку в той період роботи з ЕРД не отримали через відсутність легких і ефективних джерел енергії. Ці роботи були відновлені в СРСР і за кордоном після запуску в нашій країні в 1957 р. першого штучного супутника Землі і першого польоту в космос в 1961 р. людини - громадянина СРСР Ю.А. Гагаріна. У ці роки з ініціативи С.П. Корольова і І.В. Курчатова була прийнята, комплексна програма науково-дослідних і дослідно-конструкторських робіт з ЕРД різних типів. Одночасно були розгорнуті роботи по створенню ефективних джерел енергії для КА (сонячні батареї, хімічні акумулятори, паливні елементи, ядерні реактори, радіоізотопні джерела). Основний напрямок досліджень, сформульованих у цій програмі, полягало в розробці наукових основ і створенні високоефективних зразків ЕРД, призначених для вирішення завдань промислового освоєння навколоземного космічного простору і забезпечення наукових досліджень Сонячної системи.
Найбільш важливе значення для формування сучасної теорії ЕРД мали такі науково-технічні ідеї.
Принцип електродинамічного прискорення, запропонований у 1957 р. Л.А. Арцимовичем і його співробітниками [2], був покладений в основу прискорювачів різних класів - імпульсних ЕРД на газоподібному і твердому робочому речовині, стаціонарних сільноточних ЕРД.
Принцип бездіссіпатівного прискорення іонів у замагніченій плазмі самоузгодженим електричним полем. Цей механізм реалізується в плазмових двигунах з азимутним дрейфом електронів, в торцевих холлівських двигунах, певною мірою в імпульсних двигунах з електромагнітним розгоном плазми. У найбільш послідовній формі цей метод прискорення реалізований в двигуні з анодним шаром (ДАС) - оптимальному варіанті двигунів з азимутним дрейфом електронів. У початковій формі ідея ДАС була сформульована А.В. Жаринова в кінці 50-х років; пізніше на основі цієї ідеї, доповненої поруч винаходів, були розроблені високоефективні двох-і одноступінчасті двигуни з азимутним дрейфом.
У США Г. Кауфман запропонував принцип плазмово-іонного двигуна (ПІД), в якому іони також розганяються поздовжнім електричним полем, проте на відміну від ДАС вони попередньо витягуються з плазмового розряду з електронами, осцилюючими в поздовжньому магнітному полі. Плазмово-іонний двигун володіє високим ККД і ресурсом, але програє ДАС в універсальності і діапазоні регулювання робочих характеристик.
У зв'язку з проводилися в останні роки проектними дослідженнями космічних сонячних електростанцій відродився інтерес...
