ть. Іонне джерело повинен витримувати лінійні та вібраційні перевантаження при виведенні на орбіту, бути працездатним в умовах космічного вакууму і впливу метеоритів і Випромінювань. p> Показником енергетичної ефективності іонного джерела є енергетична ціна іона q в пучку (або прискореного іона), яка являє собою відношення потужності N , споживаної іонним джерелом, до кількості іонів n , вступників до прискорюючу систему за одиницю часу.
Енергетична ціна іонів у пучку є однією із основних величин, що визначають енергетичний ККД іонного двигуна. Енергія, витрачається на прискорення іона в електростатичної прискорюючою системі, дорівнює eU ( U - прискорювальна різниця потенціалів
Іншим важливим показником ефективності іонного джерела є коефіцієнт використання маси, рівний відношенню масової витрати іонів з джерела в прискорює систему т, - до повного масовій витраті робочого речовини через джерело т:
В В
Частка робочої речовини, що дорівнює 1 - Т) т , надходить в іонно-оптичну систему у вигляді нейтральних атомів з тепловими швидкостями порядку 10 3 м/с. Закінчення нейтральних атомів не тільки призводить до малоефективного використання робочої речовини та зниження економічності двигуна, але і є основною причиною руйнування прискорюючого електрода іонно-оптичної системи при тривалій роботі двигуна. Крім того, нейтральні атоми можуть конденсуватися і накопичуватися на елементах іонного джерела і електродах іонно-оптичної системи, викликаючи при цьому паразитні струми і електричні пробої. Тому при створенні іонних джерел прагнуть отримати можливо більш високі значення коефіцієнта використання маси. У кращих іонних джерелах для ЕРД т т = 0,9 ... 0,95. Якщо повний витрата робочої речовини виразити в струмових одиницях (А), то ККД т т можна визначити за формулою
Контактні іонні джерела
Як вже говорилося, в контактних іонних джерелах освіта іонів відбувається в результаті поверхневої іонізації. У іонних електричних ракетних двигунах застосовуються контактні іонні джерела з пористим іонізатором. Пористі іонізатори виготовляються різними способами, наприклад, тонкі канали-пори можуть бути пробиті лазерним або електричним променем. В якості іонізатора може бути використана багатошарова сітка, сплетена з тонких металевих ниток, а також сукупність паралельно розташованих зволікань. Однак найбільше поширення отримали пористі іонізатори, виготовлені з дрібнозернистого порошку тугоплавких металів пресуванням і наступним спіканням.
Починаючи з 60-х років проводяться теоретичні та експериментальні дослідження поверхневої іонізації в пористих середовищах, розробляються моделі процесів в порах з метою обгрунтування методів розрахунку і вибору оптимальних структур пористих іонізаторів. Теорія пористих іонізаторів будується як безпосереднє Продовження і розвиток основних уявлень про поверхневої іонізації на гладких поверхнях.
Кількісною характеристикою поверхневої іонізації в контактних іонних джерелах є коефіцієнт поверхневої іонізації/3, представляє собою відношення числа іонів В« г -, випаровуються з одиниці поверхні в одиницю часу, до числа атомів п, поступаю-ІІ на одиницю поверхні за той же час:
В
Очевидно, іонізатори контактних джерел доцільно виготовляти з металів, що мають можливо більший потенціал виходу електрона і володіють здатністю тривалий працювати в умовах вакууму при температурах до 1200-1500 К. Такими властивостями володіють тугоплавкі метали, наприклад, вольфрам, молібден, тантал, реній. Найбільш відомі іонізатори з вольфраму (Ф = 4,54 В) і молібдену (Ф = 4,2 В). Великими значеннями потенціалу виходу електрона володіють реній (4,9 В) і платина (5,4 В).
В якості робочої речовини в іонних двигунах зазвичай використовуються однозарядні іони, і U i представляє собою перший іонізаційний потенціал. Відомо, що найменшими першими іонізаційними потенціалами володіють лужні метали: цезій (3,89 В), рубідій (4,18 В), калій (4,34 В), натрій (5,14 В), літій (5,39 В). Найбільш підходящим робочим речовиною для іонних двигунів з контактним джерелом є цезій, який має найменшим потенціалом іонізації і найбільшим атомним вагою серед лужних металів, що дозволяє досягти великих значень коефіцієнта іонізації і щільності тяги двигуна.
Для адсорбованого атома лужного металу характерні три квантових стани: іонну і два атомних, що відповідають двом протилежним орієнтаціям спина валентного електрона. Ставлення статистичних ваг атомного і іонного станів адсорбованого атома лужних металів дорівнює двом, і рівняння Саха-Ленгмюра для коефіцієнта поверхневої іонізації приймає вигляд
При виборі пари матеріал іонізатора - робоча речовина необхідно, звичайно, враховувати й інші важливі чинники, такі як сумісність (відсутність хімічної...
