і забезпечують швидкості закінчення в досить широкому діапазоні значень (10 3 - 10 s м/с) при досить високому ККД, Дуже широкий також діапазон значень тяги, якою можуть володіти ЕРД. Всі це забезпечує такого типу двигунів особливе місце серед усіх перспективних ракетних двигунів. Є тому підстави очікувати, що протягом найближчих 10-20 років ЕРД будуть широко використовуватися при вирішенні різних завдань, спрямованих на індустріальне освоєння навколоземного космічного простору,
Великі успіхи, досягнуті в розробці сучасних високоефективних та економічних ЕРД різних класів, стали можливими завдяки інтенсивним дослідженням, проектним розробкам і натурних випробувань, які активно проводилися протягом 25 - 30 років у СРСР і за кордоном. Слід особливо виділити дослідження, виконані за участю і під керівництвом AM Андріанова, Н.В, Белана, В.І. Гаркуші, B.C. Єрофєєва, А.В. Жаринова, В.М. Иевлева, А.В. Квас-никова, Н.П. Козлова, Л.А. Латишева, Е.А. Ляпіна, А.І. Морозова, П.М. Морозова, І.М. Острецова, А.А. Поротнікова, В.В. Савічева, Д.Д. Севрука, Р.К. Снарського, Н.А. Хижняка, В.А. Храброва. br/>
Іонні двигуни
Іонний двигун і його основні елементи
Іонні двигуни складають один з основних класів електростатичних двигунів. Як вже зазначалося, принциповою особливістю електростатичних двигунів в порівнянні з магнітоплазмове є те, що в електростатичних двигунах розгін важких однойменно заряджених частинок здійснюється в поздовжньому постійному електричному полі, створюваному зовнішніми джерелами, в умовах впливу просторового заряду прискорених частинок. Тому в електростатичних двигунах можлива щільність струму обмежена, її граничне значення визначається відомим законом Ленгмюра - Богуславського (Законом В«трьох другихВ»):
В
В
Рис. 2,3. Іонно-оптична система експериментального іонного двигуна з газорозрядним джерелом:
1 - формуючий електрод, 2 - прискорює електрод, 3 - уповільнюючий електрод; 4, 5, 6 - кварцові державка; 7 - металеві обойми; 8 ^ 10 - гвинти; 9 - передня кришка розрядної камери; 11 - плита; 12, 13 - вкладиші, забезпечують зазор між електродами
В
Рис. 2.4. Іонно-оптична: система експериментального іонного двигуна з контактним джерелом:
1 - ділянка іонізатора без пор; 2 - пориста циліндрична канавка; 3 - прискорює електрод, 4 - уповільнюючий електрод
У іонних двигунах з пористими контактними джерелами
формує електродом є нагрітий пористий іонізатор
(Рис. 2.4). Його зовнішня поверхня звичайно утворюється чергуванням
плоских ділянок, позбавлених пір, і пористих циліндричних канавок,
Прискорювальник і уповільнюючий електроди розташовуються проти плоских
ділянок, позбавлених пір.
З прискорюючої системи іонного двигуна в навколишній простір закінчуються інтенсивні пучки прискорених іонів. В умовах космічного простору (глибокий вакуум, відсутність зовнішній електричних полів) безперервне витікання іонів неможливо без компенсації іонного струму рівним йому електронним струмом. Така. компенсація необхідна для збереження електричного потенціалу; космічного апарату близьким до потенціалу навколишнього простору. Якщо іонний струм перевершує електронний, го потенціал космічного апарату швидко наростає. Розглянемо, наприклад, космічний апарат, що представляє собою кулю радіусом 1 м, електричної ємністю близько 10 10 Ф. Нехай іонний струм, що закінчується в навколишній простір, перевищує електронний всього лише на 0,001 А. Неважко підрахувати, що вже через 0,01 с космічний апарат зарядиться негативним потенціалом 10 s У відносно навколишнього простору, виникає при цьому гальмуючий іони електричне поле викличе їх зворотний рух до апарату.
Однак для нормальної роботи іонних двигунів одній тільки струмового компенсації недостатньо. Необхідно, щоб електрони вводилися в истекающие іонні пучки на виході з іонно-оптичної системи і компенсували їх просторовий заряд. У пучку з просторовим зарядом, що поширюється у вакуумі при відсутності зовнішніх полів, виникають локальні електричні поля, що призводять до уповільнення іонів і утворення областей з анодним потенціалом (віртуальних анодів), порушують витікання іонів у навколишній простір.
Для компенсації струму та просторового заряду стікали іонів служать джерела електронів - нейтралізатори. Найефективнішими є плазмові нейтралізатори і нейтралізатори на основі полого катода, що розміщуються на виході з іонно-оптичної системи.
Основні вимоги до іонним джерелам для електричних ракетних двигунів і показники їх ефективності
Іонні джерела для електричних ракетних двигунів повинні Задовольняти комплексу вимог, обумовлених складними умовами тривалого космічного польоту. Найбільш важливе значення набувають у цьому випадку енергетична ефективність джерела, повнота використання маси робочої речовини, конструктивний ресурс і надійніс...
