|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Электрический ракетный двигатель | Электрический ракетный двигатель (далее Э) (ЭРД), ракетный двигатель (РД), в котором в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая энергия бортовой энергоустановки космического летательного аппарата (обычно солнечные или аккумуляторные батареи). Достоинство ЭРД — в их высоком удельном импульсе (удельной тяге) благодаря большой скорости истечения рабочего тела (РТ), достигающей 10—100 км/сек. По удельному импульсу ЭРД многократно превосходят химические ракетные двигатели, у которых скорость истечения РТ не превышает 4,5 км/сек. По принципу действия ЭРД подразделяются на электротермические, электростатические (ионные, коллоидные) и электромагнитные (плазменные).
В электротермических РД электрическая энергия используется для нагрева РТ с целью обращения его в газ с температурой 1000—5000 К; газ, истекая из реактивного сопла (аналогичного соплу РД), создает тягу. В качестве РТ используются вещества с малой молекулярной массой (например, аммиак, гидразин), нагреваемые при помощи поверхностных нагревателей (рис. 1), дугового разряда (рис. 2) или (в экспериментальных ЭРД) высокочастотного электромагнитного поля. Удельный импульс электротермического РД составляет 1,5—10 (кн·сек)/кг, плотность тяги (отношение тяги к поперечному сечению реактивной струи) 0,3—3 Мн/м2, время работы от нескольких ч до нескольких сотен ч.
В электростатическом (ионном) РД вначале производится ионизация РТ, после чего ионы и электроны раздельно ускоряются в электростатическом поле (при помощи системы электродов), а затем вновь перемешиваются для нейтрализации объемного заряда и, истекая, создают тягу (рис. 3). Различают электростатические РД с поверхностной ионизацией и объемной ионизацией (электронным ударом); в качестве РТ в первых используется легко ионизируемый во вторых — любые вещества с большой массой (например, Вместо ионов в электростатических РД могут ускоряться заряженные (например, за счет контактной разности потенциалов при отрыве капли от поверхности электрода) микроскопические капли. Такие ЭРД называются коллоидными. Значение ускоряющего потенциала составляет для них около 10—20 кв (для ионных РД — 2—7 кв) при плотности тока в несколько ма/см2. Удельный импульс электростатических РД 15—100 (кн·сек)/кг, плотность тяги 30—50 н/м2, время работы — 1 год и более.
В электромагнитном РД рабочим телом является плазма любого вещества, ускоряемая за счет силы Ампера в скрещенных электрическом и полях. Различают ЭРД с внешним и собственным полем. К первым относятся классические Е-Н ускорители плазмы и т. н. холловские ЭРД с замкнутым дрейфом электронов; во-вторых, поле создается током, протекающим в ускоряемой плазме; они подразделяются на импульсные и квазистационарные ЭРД. Рабочий цикл импульсного ЭРД соответствует периоду электрического пробоя РТ (обычно при котором создается плазма; начальный потенциал пробоя — несколько кв, удельный импульс 40—100 (кн·сек)/кг, плотность тяги 10-9—10-8 н/м2, число циклов ЭРД достигает 1 млн. В квазистационарном ЭРД с целью создания сильного поля через РТ пропускается ток силой в десятки ка и напряжением в десятки в. Удельный импульс составляет 30—50 (кн·сек)/кг, плотность тяги несколько кн/м2, время работы — десятки ч. О типах плазменных ЭРД и методах создания плазмы в них см. в ст. Плазменные ускорители.
Ограниченное применение ЭРД связано с необходимостью большого расхода электроэнергии (10—100 квт на 1 н тяги). Из-за наличия бортовой энергоустановки (и др. вспомогательных систем), а также из-за малой плотности тяги аппарат с ЭРД имеет малое ускорение. Поэтому ЭРД могут быть использованы только в космических летательных аппаратах (КЛА), совершающих полет либо в условиях слабых гравитационных полей, либо на околопланетных орбитах. Они применяются для ориентации, коррекции орбит КЛА и др. операций, не требующих больших затрат энергии. Электростатические, плазменные холловские и др. ЭРД рассматриваются как перспективные в качестве основных двигателей КЛА. Из-за малой отбрасываемой массы РТ время непрерывной работы таких ЭРД будет измеряться месяцами и годами; их использование вместо существующих РД позволит увеличить массу полезного груза КЛА.
Идея использования электрической энергии для получения тяги выдвигалась еще К. Э. Циолковским и другими пионерами космонавтики. В 1916—17 Р. Годдард (США) подтвердил опытами реальность этой идеи. В 1929—33 В. П. Глушко (СССР) создал экспериментальный ЭРД. В 1964 в СССР на КЛА типа "Зонд" испытаны плазменные импульсные РД, в 1966—71 на КЛА "Янтарь" — ионные РД, в 1972 на КЛА "Метеор" — плазменные квазистационарные РД. Различные типы ЭРД испытаны начиная с 1964 в США: в баллистическом, а затем в космическом полете (на аппаратах АТС, СЕРТ-2 и др.). Работы в этой области ведутся также в Великобритании, ФРГ, Японии.
Лит.: Корлисс У. Р., Ракетные двигатели для космических полетов, пер. с англ., М., 1962; Штулингер Э., Ионные двигатели для космических полетов, пер. с англ.. М., 1966; Гильзин К. А., Электрические межпланетные корабли, 2 изд., М., 1970; Гуров А. Ф., Севрук Д. Д., Сурнов Д. Н., Конструкция и расчет на прочность космических электроракетных двигателей, М., 1970; Фаворский О. Н., Фишгойт В, В., Янтовский Е. И., Основы теории космических электрореактивных двигательных установок, М., 1970; Гришин С. Д., Лесков Л. В., Козлов Н. П., Электрические ракетные двигатели, М., 1975.
Ю. М. Трушин.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
