до схем ЕРД з підведенням енергії від зовнішнього джерела. Розвиваючи ідеї К.Е. Ціолковського і Ю.В. Кондратюка, Г.І. Бабат 1 в 1943 р. запропонував використовувати енергію, передану на літальний апарат у вигляді добре сфокусованого пучка СВЧ-випромінювання з землі або космічного апарату. У 1971 р. А. Кантровіц для тих же цілей розглядав лазерне випромінювання. p> У 1975 р. Дж О'Нейл запропонував використовувати електродинамічний прискорювач маси (ЕДУМ) для транспортування в космос з поверхні Місяця матеріалів, призначених для будівництва космічних сонячних електростанцій. Очевидно, ці проекти орієнтовані на вирішення завдань віддаленої перспективи, будівництва орбітальних об'єктів навколоземній енерговиробничих інфраструктури.
Особливості рухових установок з малою тягою
Поділ в ЕРД джерела енергії та робочої речовини дозволяє подолати обмеження, притаманне хімічним двигунам, - щодо невисоку швидкість витікання. Але, з іншого боку, якщо використовується бортовий джерело енергії, неминуче виникає інше обмеження - порівняно мала тяга. Тому, якщо не розглядати поки особливих випадків, наприклад, світлових двигунів, ЕРД слід віднести до класу двигунів малої тяги, які здатні забезпечити лише невелике прискорення, а тому придатні дан виконання різних транспортних операцій безпосередньо в космічному просторі. ЕРД, як правило, - це космічні ракетні двигуни малої тяги. p> Якщо, наприклад, двигун розвиває тягу 10 Н,; маса КА 10 т, то створюване їм прискорення складе 10 В» 3 м/с 2 , тобто приблизно 10 В» 4 g 0 ( go - прискорення вільного падіння на поверхні Землі). Зрозуміло, такий двигун не придатний для виведення космічних апаратів з Землі на орбіти штучних супутників.
Ця ситуація може змінитися, коли будуть соз1ани ефективні лазерні двигуни або електродинамічні прискорювачі маси, відмітна особливість яких полягає в тому, що джерело енергії не обов'язково знаходиться на борту КА. У цьому випадку має говорити про ЕРД, який забезпечує високу швидкість закінчення і велике прискорення одночасно.
Щоб виявити інші специфічні особливості ЕРД як космічних двигунів, розглянемо завдання переходу між двома навколоземними круговими орбітами. Звернемося до рівняння Ціолковського
(1.1)
(1.1)
(1.1)
де і 'і v - прирощення швидкості КА та швидкість закінчення робочого речовини відповідно; М про - початкова маса КА; М до = М про - mt - маса К А на кінцевої орбіті. Тут t - час переходу між орбітами; т - витрата маси робочої речовини. З (1.1) прирощення швидкості
(1.2)
Зміна кінетичної енергії при польоті відбувається зі швидкістю
В
Після підстановки значення w в останній вираз з формули 1.2
Отримуємо
(1.3)
(1.5)
Траєкторія перетікання між двома круговими орбітами має вигляд розгортається спіралі. При польоті в гравітаційному полі Землі внаслідок роботи рухової установки відбувається перетворення тяги ЕРД постійно збігається за напрямком зі швидкістю КА; сила тяжіння при цьому завжди перпендикулярна вектору швидкості. p> Потенційна енергія КА при його русі по круговій траєкторії в центральному полі Землі дорівнює
В
де М і М з - маса КА і Землі відповідно; у - гравітаційна постійна.
Позначаючи радіус початкової кругової орбіти через Ro , а кінцевою - через R , потенційну енергію К А при переході між цими орбітами визначаємо за формулою
(1.6)
Коли двигун малої тяги працює безперервно, відбувається постійне перетворення кінетичної енергії в потенційну. Прирівнюючи на цій підставі виразу (1.5) і (1.6), знаходимо
(1.7)
а час перельоту
(1.8)
На рис. 1.1 для порівняння показані відповідні залежності для двох типів рухових установок - з великою і малою тягою відповідно, У разі малої тяги величина М до /М 0 виявляється у кілька разів більше, час перельоту при цьому, однак, значно збільшується. Це відрізняє ЕРД від інших типів ракетних двигунів.
Наявність у складі електроракетних рухової установки (ЕРДУ) окрім двигуна також і джерела енергії призводить до того, що цей тип рухових установок характеризується ще однією важливою відмітною особливістю - існуванням оптимальної швидкості витікання. Покажемо це. <В
Рис. 1.1. Залежність в...
