Газорозрядний плазмовий нейтралізатор: 1 - Катод, 2 - стартовий нагрівач; 3 - теплові екрани;
4 - підпалює електрод, 5 - токоподвод
Рис. 2.19. Диафрагмированного газопроточний порожнистий катод-нейтралізатор:
1 - катодна порожнину; 2 - катод, 3 - діафрагма катода; 4 - вихідна отвір;
5 - нагрівач; 6 - канал подачі робочої речовини; 7 - теплові екрани; 8 -
допоміжний електрод (анод) для по джига розрядів; РВ - робоче речовина
4) товщина прикатодной шару розряду т порядку дебаєвсьного радіуса екранування, а падіння потенціалу в ньому близько до розряд, ної різниці потенціалів.
Іонні двигуни на змінному струмі
В елементах іонного двигуна (джерело іонів, прискорювальна система, нейтралізатор, система подачі, електромагніт тощо) споживається електричний струм різної напруги і різної сили. Так, наприклад, в американському двигуні SERT-II є 9 електричних ланцюгів, з яких шість працюють на постійному струмі напругою 30, 45, 50, 1800 і 3000 В і три на змінному.
Як відомо, бортові джерела енергії для ЕРД здатні виробляти постійний струм низької напруги (сонячні батареї, термоемісійний ядерний реактор-генератор), або змінний струм (ядерний реактор з турбогенератором). Двигун SERT-II, наприклад, споживав близько 1 кВт електроенергії, що виробляється сонячною батареєю у вигляді постійного струму з первинним напругою близько 60 В.
Для узгодження електричних параметрів двигунів з параметрами первинних джерел потрібно бортова система перетворення енергії. Перш ніж потрапити в двигун, постійний струм низької напруги інвертується в змінний, трансформується до заданої напруги, а потім випрямляється. У двигуні SERT-II для цих цілей застосовувався напівпровідниковий перетворювач з питомою масою 15 кг/кВт. При проектуванні подібних перетворювачів виникають специфічні проблеми. Внаслідок порівняно низьких значень ККД елементів у перетворювальної блоці виділяється велика кількість теплової енергії. Так, при потужності, що підводиться 1 кВт і вхідній напрузі 60 В в блоці виділяється від 125 до 150 Вт тепла. Для забезпечення безпечної робочої температури напівпровідникових вентилів, що входять до перетворювач, необхідні велика площа і маса холодильника-випромінювача, що підтримує температуру блоку в межах 50 - 70 В° С. При переході до іонним двигунам великий потужності (сотні кіловат) ця проблема стає ще гострішою і вимагає розробки випрямлячів і інверторів із значно вищою робочою температурою. Це змушує шукати нові шляхи вирішення проблеми перетворення електричної енергії, що відповідають умовам застосування в космічному просторі.
Одним з таких напрямків є використання для випрямлення змінного струму плазмових обсягів іонних двигунів, тобто створення пристроїв, суміщають в собі функції перетворювача струму і елементів двигуна.
Проведені дослідження показали, що практично всі електричні ланцюги іонного двигуна можна перевести на харчування змінним струмом. При цьому за наявними оцінками, не тільки збільшується надійність ЕРДУ, але і на 10 - 20% знижується її питома маса. В якості джерела енергії в цьому випадку доцільно використовувати систему з турбогенератором змінного струму, тому що в порівнянні з іншими системами при живленні двигуна змінним струмом вона має мінімальну питому масу.
Схема газоразрядного іонного джерела на змінному струмі представлена ​​на рис. 2.22. Циліндричний анод 3 джерела розділений на три частини, або на кратне трьом число частин, які по одній або групами комутуються з фазами живильного трансформатора. Нульова точка трансформатора Л з'єднана з корпусом камери.
У міру зміни величини живлячої напруги, що подається на анод, розряд переходить з анода, потенціал якого зменшується, на анод, позитивний потенціал якого стає найбільшим. При трифазному живленні за час, що дорівнює періоду зміни напруги, відбувається триразова комутація струму, при шестифазний харчуванні - шестиразова. Струм в ланцюзі працюючого анода стежить за його потенціалом. Тому в нульовому проводі протікає пульсуючий випрямлений струм, а напруга горіння розряду збігається з обвідної фазових напруг. Для забезпечення стійкого горіння розряду необхідно, щоб напруга запалювання розряду, приблизно рівну половині амплітудного напруги, перевищувало потенціал іонізації робочого речовини.
В
Рис. 2.22. Електрична схема живлення газоразрядного джерела змінним струмом:
а - електрична схема; б - осціллограмма струму і напруги; 1 - трансформатор ланцюга розряду; 2 - фокусуючий електрод, 3 - анод, 4 - нульовий провід; 5 - В«неробочаВ» зона розряду; пунктиром показана межа дифузії плазми в зону 5
При горінні розряду на аноді найбільш позитивної фази через неї протікає весь розрядний струм/ р . У цей момент аноди інших фаз виконують функції колектора хаотичного іонного струму, величина якого не переви...
