Что такое ионовый двигатель

Как работает ионный двигатель и где он применяется

Ученые уже придумали или готовятся придумать много новых типов двигателей для космических кораблей. Самые смелые предположения даже говорят про варп-двигатель, который должен разгонять корабль до скоростей, в несколько раз превышающих скорость света за счет искривления пространства в мощном гравитационном поле. Пока это только фантастика, которая скоро может стать перспективой. Зато ионные двигатели уже существуют и даже применяются. Они уже на данном этапе могут развивать скорости в несколько раз выше тех, что предлагают традиционные ракетные двигатели. Правда, они не могут отправить ракету в космос. Вот такие противоречия. Но как же тогда работает ионный двигатель и почему на данном этапе это действительно является технологией будущего?

Такой двигатель может разгоняться до очень больших скоростей.

Как работает ионный двигатель

Принцип работы ионного двигателя простой и сложный одновременно. Он заключается в ионизации газа, который разгоняется электростатическим полем для получения реактивной тяги и разгона космического корабля согласно третьему закону Ньютона.

Топливом или рабочим телом такого двигателя является ионизированный инертный газ (гелий, аргон, неон, ксенон, криптон, оганесон, радон). Впрочем, не все инертные газы стоит использовать в качестве топлива, поэтому, как правило, выбор ученых и исследователей падает на ксенон. Также рассматривается вариант использования ртути в качестве рабочего тела ионного двигателя

Во время работы двигателя в камере образуется смесь из отрицательных электронов и положительных ионов. Так как электроны являются побочным продуктом, их надо отфильтровать. Для этого в камеру вводится трубка с катодными сетками для того, чтобы она притягивала к себе электроны.

Положительные ионы, наоборот, притягиваются к системе извлечения. После чего разгоняются между сетками, разница электростатических потенциалов которых составляет примерно 1 200 Вольт, и выбрасываются в качестве реактивной струи в пространство.

Схематичное изображение работы ионного двигателя.

Электроны, которые попали в катодную ловушку, должны быть удалены с борта корабля, чтобы он сохранял нейтральный заряд, а выброшенные ионы не притягивались обратно, снижая эффективность установки. Выброс электронов осуществляется через отдельное сопло под небольшим углом к струе ионов. Таким образом, что произойдет в их взаимодействии после покидания двигателя, уже не так важно, ведь они не мешают движению корабля.

Преимущества ионного двигателя для космического корабля

Ионы на выходе из двигателя разгоняются до очень высоких скоростей. В своем максимуме они могут достигать 210 км/с. При этом, химические ракетные двигатели не способны достигать и 10 км/с, находясь в диапазоне 3-5 км/с.

В нашем Telegram-чате все говорят про варп-двигатель, но давайте сначала с ионным разберемся.

Возможность достижения большого удельного импульса позволяет очень сильно сократить расход реактивной массы ионизированного газа в сравнении с аналогичным показателем для традиционного химического топлива. А еще, ионный двигатель может непрерывно работать более трех лет. Энергия, которая нужна для ионизации топлива берется от солнечных батарей — в космосе с этим проблем нет.

Если спешить с ускорением некуда, то ионный двигатель станет отличным вариантом.

Недостатки ионных двигателей

Возможность продолжительной работы ионного двигателя очень важна, так как он не способен развивать высокую тягу и моментально разгонять корабль до больших скоростей. В нынешних реализациях тяга ионных двигателей с трудом достигает 100 миллиньютонов.

Из-за такой конструктивной особенности, как минимум пока, такой двигатель не дает возможности стартовать с другой планеты, даже если у нее очень маленькая гравитация.

Получается, что использование таких двигателей для дальних путешествий пока невозможно без традиционных тяговых установок на химическом топливе. Зато, их совместное использование позволит гораздо более гибко пользоваться ускорением. Например, за счет обычного двигателя разгонять аппарат до более менее высокой скорости, а потом ускоряться еще больше за счет ионного двигателя.

Покорение дальнего космоса без новых технологий невозможно.

По сути, малая тяга на данный момент является главным недостатком таких двигателей, но ученые работают в этом направлении и в перспективе повысят его мощность, так как определенного прогресса удалось добиться уже сейчас.

Еще одной, пусть и не такой существенной, проблемой является надежность. В целом ионные двигатели достаточно надежны, но надо понимать, что их задача заключается в том, чтобы унести аппарат очень далеко и очень быстро. То есть работать он должен долго, чтобы не ставить под удар всю миссию. Поэтому, пока идут работы над увеличением мощности, разработчики стараются не забывать и о надежности.

Где используются ионные двигатели

Вам могло показаться, что ионные двигатели существуют только на бумаге и в лабораториях, но это не так. Они уже использовались, как минимум, в семи завершившихся миссиях и используются минимум в четырех действующих.

В том числе такие двигатели используются в рамках миссии BepiColombo, запущенной 20 октября 2018 года. В этой меркурианской миссии используются 4 ионных двигателя суммарной мощностью 290 миллиньютонов. Кроме этого, аппарат оснащен и химическим двигателем. Оба они в сочетании с гравитационными маневрами должны обеспечить выход корабля на орбиту Меркурия в качестве искусственного спутника.

Космический аппарат BepiColombo.

Использованием этих двигателей не брезгует и Илон Маск в своей программе Starlink, за счет этих двигателей корабль должен совершать небольшие маневры и уклоняться от космического мусора.

Сейчас планируется доставка на МКС ионной тяговой установки, которая позволит управлять положением станции в автоматическом режиме. Ее мощность подобрана исходя из доступной электрической мощности станции. Для большей надежности планируется так же доставка батарей, которые обеспечат 15 минут автономной работы двигателя.

Астрономы открыли новый тип взрывов в космосе

Но самым необычным проектом был ”Прометей”. Корабль в рамках этого проекта планировалось отправить к Юпитеру со скорость 90 км/c. Ионный двигатель корабля должен бал работать от ядерного реактора, но из-за технических трудностей в 2005 году проект закрыли.

Когда изобрели ионный двигатель

При всей перспективности ионного двигателя, первый раз его концепцию предложил еще в 1917 году Роберт Годдард. Только спустя почти 40 лет Эрнст Штулингер сопроводил концепцию необходимыми расчетами.

В 1957 году вышла статья Алексея Морозова под названием ”Об ускорении плазмы магнитным полем”, в которой он описал все максимально подробно. Это и дало толчок к развитию технологии и уже в 1964 году на советском аппарате ”Зонд-2” стоял такой двигатель для маневров на орбите.

Первый аппарат в космосе с ионным двигателем.

По сути, ионный двигатель является первым электрическим космическим двигателем, но его надо было дорабатывать и совершенствовать. Этим и занимались долгие годы, а в 1970 году прошло испытание, призванное продемонстрировать эффективность долговременной работы ртутных ионных электростатических двигателей в космосе. Показанный тогда малый КПД и низкая тяга надолго отбили желание американской космической промышленности пользоваться такими двигателями.

Читать еще:  406 двигатель инжектор плохо заводится толь с педалью газа загорается чек

Ученые поймали очередной сигнал из космоса, но теперь он регулярно повторяется

В СССР разработки продолжались и после этого времени. И европейское, и американское космические агентства вернулись к этой идее. Сейчас исследования продолжаются, а выведенные на орбиту образцы двигателей, хоть и не могут быть главным тяговым элементом управления, но зато проходят ”проверку боем”. Собранная информация позволит увеличить мощность ионного двигателя. По разной информации, так удалось увеличить тягу самого мощного подобного двигателя более чем до 5 Н. Если это так, то все действительно не зря.

Media Review

Ионный двигатель толкает российскую экономику и науку вперед

Ученым из Московского авиационного института и воронежского Конструкторского бюро химавтоматики удалось разработать, собрать и провести стендовые испытания ионного двигателя. Пока двигатель получил название ВЧИД-45.

Начав опытные научно-исследовательские конструкторские работы в 2012 году, команда разработчиков изготовила к 2016 году опытный образец.

По мнению создателей, двигатель может использоваться для полета человека на Марс, запуска космических аппаратов к дальним планетам Солнечной системы и грузовых полетов на орбите Земли (с геостационарной орбиты на Луну, например).

Вообще говоря, Россия не является лидером в разработке и использовании ионных двигателей — американцы (проект Deep Space 1), европейцы (Smart-1) и японцы «Хаябуса») уже создавали и запускали аппараты с ионными двигателями в роли маршевых (основных). Советский Союз в семидесятые годы использовал ионные двигатели в качестве маневровых, но до разработки достаточно мощного двигателя, который реально было бы использовать в качестве маршевого, дело не дошло.

Одной из фундаментальных проблем исследования человеком Вселенной являются огромные расстояния (ну, или наши ничтожные размеры относительно Вселенских масштабов). Да и пока что человечество только теоретически осознало проблемы и саму необходимость межзвездных полетов.

Напомним читателям: согласно специальной теории относительности, разработанной Эйнштейном, наибольшей скоростью обладает свет (300 000 км/с). И то свет преодолевает пространства сотнями лет.

Так что пока полеты человека вне пределов Солнечной системы остаются под значительным вопросом хотя бы по той причине, что такой полет будет очень длинным. К тому же знаем и умеем для таких полетов мы пока что очень мало — нам бы изучить нашу родную планетную систему.

Поэтому сегодня ученые и конструкторы космических аппаратов сосредоточились на создании двигателей для полетов между планетами, и им удалось создать двигатели, способные развивать скорость, достаточную для исследования объектов в Солнечной системе.

Сегодня основным маршевым двигателем для космических аппаратов продолжает оставаться химический ракетный двигатель. Но требуемое большое количество топлива и практически достигнутый его предел энергетических возможностей, а также практически достигнутый потолок по КПД для двигателей ограничивают использование подобного типа двигателей околоземными полетами и исследованием космоса в пределах Солнечной системы (да и то очень неспешными темпами).

Тут-то и открываются перспективы ионного двигателя. Работает ионный двигатель, в основном, на ксеноне или ртути. Реактивная тяга создается благодаря ионизации и разгону в электрическом поле газа. Благодаря этому ионный двигатель обладает рядом преимуществ.

Во-первых, он требует очень мало топлива. Так, российский ВЧИД-45 в секунду тратит меньше 12 миллиграмм топлива.

Во-вторых, срок его работы гораздо больше, чем у того же химического. Американские ионные двигатели работают около трех лет непрерывно. У нашего ВЧИД-45 пока заявлен ресурс в 50000 часов непрерывной работы. То есть, более 7 лет.

Но, к сожалению, пока что ионный двигатель создает гораздо меньшую тягу, нежели химический. То есть, грубо говоря, с Земли на ионном двигателе не взлететь. А вот в космическом пространстве можно разогнаться до гораздо больших скоростей, чем на химическом.

Что же может дать России разработка подобного двигателя? По сути дела, создание отечественного двигателя вновь открывает для России дверь в дальний (по нашим современным меркам) космос и позволит создавать и запускать космические аппараты для исследования дальних планет Солнечной системы. К тому же, ионные двигатели сегодня используются и на спутниках (как маневровые), что опять же расширяет наши возможности.

Конечно, полеты к дальним звездам не приносят той же прибыли, как нефть при цене за баррель в районе ста долларов, но перед нашей наукой открываются возможности для развития в действительно необходимом для человечества направлении. Ведь сегодня по большей части наша страна лишилась звания ведущей космической державы и превратилась в ведущего космического извозчика — чужие аппараты и спутники запускаем, собственные коммерческие и военные тоже, но перспективных научных проектов и конструкторских разработок не ведем. К тому же в нашей экономической и геополитической ситуации практически бесполезно надеяться на появление отечественного Илона Маска, который просто возьмется за создание частной российской космической компании.

При этом, помимо научных достижений и политического престижа, исследование космоса имеет огромный эффект мультипликатора для экономики. Освоение космоса дало человечеству в качестве «приятных бонусов» множество открытий, которые сегодня даже не ассоциируются с космическими полетами: системы геолокации и навигации, множество материалов, используемых в повседневности и электронике и многое другое. Будем надеяться, что создание отечественного ионного двигателя позволит толкнуть российскую экономику и науку вперед. Честь и хвала новым отечественным Королёвым!

P. S. Нельзя не упомянуть про забавный культурный феномен. Недавно вышло продолжение знаменитой космической оперы Джорджа Люкаса — седьмой эпизод Звездных Войн. Фанаты данной вселенной наслышаны про ионные двигатели — именно они в далёкой-далёкой галактике стоят на всех космических кораблях.

Лаборатория «Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей»

По данным на 15.02.2021

Для ракетных двигателей одним из ключевых параметров является скорость истечения рабочего тела из двигателя. Для жидкостного ракетного двигателя она составляет около 4 км/сек. Для исследования дальнего космоса требуются более высокие скорости – от 30 до 70 км/сек. Эти параметры могут обеспечить высокочастотные ионные двигатели. В Московском авиационном институте давно шли работы над электрическими ракетными двигателями, которые преобразуют электрическую энергию в направленную энергию частиц. К сожалению, в связи с кризисом российской космической отрасли в 90-х гг. эти работы были сокращены. Благодаря конкурсу мегагрантов появилась возможность возобновить эти работы. Так, в 2010 году была создана Лаборатория высокочастотных ионных двигателей.

  • Разработка физико-технических основ и анализ перспектив применения процессов высокочастотной (ВЧ) плазмодинамики для создания космических электроракетных двигателей (ЭРД) с высоким удельным импульсом тяги и ресурсом в широком диапазоне мощности, в частности высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД).
  • Разработка и исследование подсистем ВЧИД: ВЧ разрядных камер, ионно-оптических систем с высокой плотностью тока, ВЧ генераторов, обеспечивающих высокие КПД и ресурс ВЧИД.
  • Развитие существующих и создание новых физических моделей функционирования как отдельных элементов ВЧИД, так и ВЧИД в целом, разработка программно-алгоритмического обеспечения управления ВЧИД.
  • Модернизация и создание экспериментальных стендов для исследования и испытаний ВЧИД с высокими удельными импульсами тяги, оснащенных современным вакуумным оборудованием и диагностическими средствами.
  • Определение перспектив использования и освоение новых технологий и материалов для усовершенствования конструкции и энергетических характеристик ВЧИД.
  • Разработка, исследование и передача в промышленные организации экспериментальных образцов ВЧИД по согласованным исходным данным.
  • Разработка схем осуществления перспективных задач космических исследований в части межорбитальных и межпланетных перелетов с использованием маршевых ВЧИД.
  • Исследование принципов интеграции ВЧИД с системами КА, в частности для обеспечения электромагнитной совместимости двигателей с КА и его бортовыми радиотехническими системами.
  • Баллистический анализ перспективных транспортных задач с использованием ВЧИД.
Читать еще:  Взи что это двигатель

Цель проекта:

  • Исследование и разработка высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей с высоким удельным импульсом тяги
  • Создание на основании проведенных поисково-прикладных исследований экспериментальных образцов высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД) и технологических источников ионов на их базе для внедрения в космическую технику
  1. Разработана физико-математическая модель процессов, протекающих в ИОС ВЧИД, включающая расчет электростатических полей электродов, траекторий движение первичного ионного пучка, траекторий вторичных ионов перезарядки, образующихся в объеме первичного пучка и в зоне нейтрализации, а также скорости эрозии УЭ. Проведено численное моделирование процессов в элементарной ячейке ИОС заданных геометрий, соответствующих конструкции ВЧИД-16 и ВЧИД-45М Ресурс УЭ из углеродного композита при номинальных режимах работы двигателя оценивается по результатам моделирования в 30000 часов.
  2. Разработана усовершенствованная версия расчетной тепловой модели ВЧИД, основанной на расчете мощности, выносимой из плазмы ГРК потоками ионов и электронов. Расчеты выявили возможность заметного снижения температуры ГРК и ЭЭ, наиболее критического элемента конструкции ВЧИД в плане его термической деформации при тепловом нагружении. Результаты выполненных тепловых расчетов использованы в качестве исходных данных для проведения расчетов термической деформации электродов ИОС.
  3. Выполнен цикл работ по доработке и адаптации расчетной термомеханической модели узла ИОС применительно к ВЧИД с диаметром ионного пучка 150…200 мм. Были численно определены дополнительные прогибы электродов, выполненных из разных материалов и имеющих различный начальный прогиб при тепловом нагружении с радиальным градиентом температуры 5 0 /см.
  4. Разработана тепловая модель двигателя ВЧИД-8 в приближении тепловыделения в объеме плазмы как в твердом элементе с распределенной объемной электропроводностью, подверженному индукционному нагреву. Такая модель автоматически реализует равенство мощности, выделенной в объеме и подведенной к стенкам. Проведено тепловое моделирование с использованием программного комплекса Comsol Multiphysics® v4.3b.
  5. Разработаны лабораторные модели ВЧИД-10, ВЧИД-16, ВЧИД-16М, ВЧИД-45М.
  6. Найдены конструктивные решения, позволившие значительно снизить цену иона и приблизиться к мировому уровню. Повышение характеристик модели ВЧИД ожидается при переходе к камерам меньшей длины, а также сферической и конической формы. В настоящее время данные камеры изготовлены и ведутся работы по подготовке к испытаниям моделей с ними.
  7. Проведено исследование физических процессов в лабораторных моделях ВЧИД с целью получения режима максимальной эффективности. Показано, что для получения режима максимального КПД в индукционном разряде с емкостной связью в отличие от режима максимальной мощности необходимо, чтобы импеданс ВЧГ был меньше импеданса нагрузки, состоящей из согласующей цепи, ГРК совместно с индуктором и их паразитными емкостями. При выполнении указанных рекомендаций КПД ВЧГ совместно с разрядом может превышать 90 %.
  8. Разработана, рассчитана и проанализирована эквивалентная схема индукционного разряда с емкостной связью, предназначенная для определения электрического импеданса ГРК совместно с индуктором. Результаты анализа показывают, что активная и реактивная части импеданса нагрузки зависят от основных плазменных параметров. Проведены детальные расчеты для моделей ВЧИД-45М и ВЧИД-10. В отличие от большинства публикаций, где, как правило, рассматривается цилиндрический индуктор, длина которого много больше радиуса, в данной работе дополнительно учтены конечные продольные размеры катушки индуктора, в частности, проведен анализ для короткого индуктора.
  9. Разработан и изготовлен лабораторный образец ВЧГ-3000, предназначенного для использования в составе линейки ВЧИД размерностью ионного пучка от 100 до 450 мм. В основу работы ВЧГ положен принцип формирования сигнала с перестраиваемой частотой с помощью маломощного ЗГ, с последующим усилением в широкополосном усилителе и в усилителе мощности.
  10. Проведены испытания ВЧГ-3000 на калиброванную резистивную нагрузку в виде коаксиального резистора сопротивлением 62 Ом с рассеиваемой мощностью 1000 Вт показавшие, что ВЧГ-3000 в исследуемом диапазоне частот обеспечивает требуемую мощность на резистивной нагрузке, а максимальная нелинейность показаний уровня ВЧ мощности, по данным стрелочного прибора генератора во всем диапазоне частот и мощностей не превышает 15 %.
  11. Разработанный лабораторный образец ВЧГ-3000 может быть использован для отработки в наземных условиях линейки ВЧИД размерностью ионного пучка от 100 мм до 450 мм. При этом он устанавливается за пределами вакуумной камеры, а ввод ВЧ энергии осуществляется с помощью фидерных линий. В случае размещения двигателя на фланце с проходными разъемами для индуктора, СУ размещается вне вакуумной камеры. При размещении двигателя непосредственно в вакуумной камере СУ так же размещается в вакуумной камере в непосредственной близости от выводов индуктора.
  12. С использованием стендового ВЧГ-3000 проведены исследования режимов работы ВЧИД-10 для трех рабочих частот и трех значений объемного расхода РТ. Для каждого из вышеуказанных режимов осуществлялось изменение напряжения на индукторе при одновременном контроле тока пучка. Показано, что за счет регулировки выходной мощности генератора можно обеспечить изменение тока пучка от 20 мА до 190 мА, что полностью перекрывает возможные режимы работы ВЧИД-10.
  13. Разработана методика измерения параметров ЭМП, создаваемых при работе ВЧИД, в диапазоне частот 1…18 ГГц. В основу методики положены измерения мощности шумового процесса (возникающего при работе ВЧИД) на выходе измерительной антенны с последующим пересчетом в напряженность электрического поля в раскрыве антенны. Измерения проводятся во всей полосе частот измерительной антенны и представляются в виде графиков зависимостей абсолютных значений напряженности электрического поля от частоты.
  14. Разработанная методика измерения параметров электромагнитных полей, создаваемых при работе ВЧИД, представляет собой эффективный инструмент по исследованию помехоэмиссии линейки ВЧИД размерностью ионного пучка от 100 мм до 450 мм. С ее помощью можно проводить исследование помехоэмиссии ВЧИД в интересах задач электромагнитной совместимости с целью определения степени их влияния на бортовые системы КА.
  15. Представлена методика оптимизации многовитковых траекторий межорбитального перелета КА с маршевой ЭРДУ. Особенностью представленной методики, по сравнению с результатами, представленными в предыдущих отчетах, является использование точной, неосредненной математической модели невозмущенного оптимального движения КА. Разработаны математические модели и методы моделирования возмущенных квазиоптимальных траекторий перелета с использованием, полученного ранее в устойчивого квазиоптимального управления с обратной связью. Представлен сравнительный анализ использования ВЧИД и СПД на современных и перспективных геостационарных КА. Выработаны рекомендации по областям применения ВЧИД. Перспективной областью применения ВЧИД с электрической мощностью 2 — 3 кВт оказалось их использование в составе корректирующих ЭРДУ геостационарных КА. ВЧИД мощностью около 5 кВт в ряде случаев могут составить конкуренцию двигателям СПД-140Д в задачах довыведения КА с маршевой ЭРДУ на ГСО по комбинированной схеме при возможности увеличения времени транспортной операции. Несмотря на то, что удельный импульс ВЧИД (в отличие от СПД-140Д) существенно больше оптимального для этой задачи, высокий КПД ВЧИД позволяет скомпенсировать связанные с этим потери в длительности выведения при корректной оптимизации параметров орбиты отделения КА от разгонного блока. Безусловно, перспективным является использование ВЧИД большой мощности (25…50 кВт) в составе перспективных многоразовых межорбитальных буксиров, имеющих в своем составе ТЭМ мегаваттного класса. Было определено, что один такой буксир может обеспечить современный коммерческий грузопоток на ГСО, реализуемый в Российской Федерации, в течение 5…6 лет при сокращении требуемого числа пусков ракета-носителей для реализации этой программы в 2,33…3,75 раза.
Читать еще:  Вибрации двигателя на холостом ходу при прогреве

Результаты исследований использованы при выполнении НИР и ОКР Федеральной космической программы Российской Федерации на 2016 – 2025 г., утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 23 марта 2016 г. № 230. Выполнены и выполняются следующие работы: «Устойчивость», «Партитура», «ДУ КА», «Форсаж», «Отработка» и «Эксплуатация МКС» и др.

Образование и переподготовка кадров:

За время существования лаборатории четырнадцать студентов получили дипломы о высшем образовании, было защищено шестнадцать кандидатских работ с присвоением званий кандидатов технических и физико-математических наук, а также три докторских работы с присвоением званий докторов технических наук.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Произведена модернизация и дооснащение стендовой базы, которая позволяет производить отработку и исследования рабочих процессов электроракетных двигателей мощностью до 50 кВт с поддержанием глубокого вакуума на расходах рабочего тела Хе до 30 мг/с. Стенд был оборудован необходимыми для работы ВЧИД системами электропитания, системами подачи рабочих газов в двигатели при их работе в камере, системами измерения основных параметров двигателей (потребляемой мощности, расходов рабочих газов, получаемой тяги и др.), системами автоматизированного сбора экспериментальных данных.

На стенде производятся исследования характеристик двигателей ВЧИД с двумя вакуумными камерами диаметром 2 м и рабочей длиной до 6,5 м и до 3,5 м, откачиваемых безмасляными криогенными, турбомолекулярными и форвакуумными насосами, обеспечивающими остаточное давление в вакуумной камере до 3,5´10 -6 мм.рт.ст. и рабочее давление не выше 5´10 -5 мм.рт.ст. при работе в камере ВЧИД (данные по рабочему давлению в вакуумной камере соответствуют лучшим мировым стандартам).

Сотрудничество:

Проведение совместной подготовки ряда Российско-Германских конференций по тематике электроракетных двигателей и их применения. Проведены стажировки сотрудников лаборатории ВЧИД одновременно с прохождением V Российско-Германской конференции по электрическим ракетным двигателям (V Russian-German Conference on Electric Propulsion), которая прошла с 07.09.2014 года по 12.09.2014, г. Дрезден, Германия, а также с прохождением 34-ой Международной конференции по электрическим двигателям (34th International Electric Propulsion Conference), которая прошла с 04.07.2015 года по 10.07.2015, г. Кобе, Япония (Kobe, Japan). Совместно с Гисенским Университетом им. Юстуса Либиха проведена работа по оценке тепловых полей ВЧИД с диаметром рабочей части 80 мм, а так же осуществлена поставка системы питания, управления источника и самого источника RIM-20.

Ионные двигатели «Центра Келдыша» будут испытаны через 5 лет

Ионные двигатели, разработанные в исследовательском центре имени Келдыша, пройдут космические испытания в 2025-2030 годах. Эксперты называют эти работы самыми перспективными для освоения дальнего космоса и осуществления межпланетных перелетов.

Сотрудники унитарного предприятия назвали параметры разработки: мощность от 200 Вт до 35 кВт, срок службы до 15 лет. При этом в исследовательском центре уже планируется система мощностью до 100 кВт. Предполагается, что двигатели малой мощности будут использоваться в низкоорбитальных малых космических аппаратах, высокой мощности — в тяжелых транспортных системах.

Об устройстве и значении ионных двигателей журналу «Новый оборонный заказ. Стратегии» рассказал Председатель Секции истории авиации и космонавтики СПбФ ИИЕТ РАН, заместитель председателя СПбО Русского Космического Общества Виталий Лебедев:

Ионный двигатель — один из типов электрического ракетного двигателя. Его принцип работы основан на создании реактивной тяги истекающим ионизированным газом, который разгоняется до высоких скоростей электрическим полем. То есть ионная двигательная установка (ДУ) характеризуется малой тягой и высоким удельным импульсом.

Достоинства таких двигателей — малый расход рабочего тела (топлива, в основном это инертные газы — аргон, ксенон и т.п.) и продолжительное время функционирования. Недостаток — ничтожная тяга по сравнению с обычными химическими ДУ. Поэтому ионные ДУ не могут применяться для старта с планеты, там, где необходимо преодоление сил гравитации, а используются в безвоздушном пространстве (космосе) для управления космическими аппаратами, рассчитанными на длительное функционирование при ограниченных размерах. В основном, это системы ориентации и положения искусственных спутников на орбите, или на небольших автоматических космических станциях, в качестве основного тягового двигателя.

При достаточно долгой работе, например в ходе межпланетного перелета, ионный двигатель способен разогнать космический аппарат до скоростей, недоступных сейчас никаким другим существующим видам двигательных установок. Переводя на автомобильный язык, это эффективный и экономичный двигатель для крейсерского режима движения. Ресурс работы ионных ДУ составляет от 10 тысяч до 100 тысяч часов, сейчас и у нас, и за рубежом ведутся работы по увеличению мощности таких двигателей.

Впервые идея подобного двигателя была выдвинута фантастами в 1910 году (роман Дональда В.Хорнера «Аэроплан к солнцу: приключения авиатора и его друзей»). Теоретическую базу создания таких ДУ впервые сформулировал Роберт Годдард в 1917 году. Но лишь в 1954 году Эрнст Штулингер сделал необходимые расчёты.

В 1930-х годах в Ленинграде уже велись работы над электроракетными двигателями, разновидностью которых стали ионные ДУ, основной прорыв произошел в конце 1950-х. И уже в 1964-м году на советский КА «Зонд-2» был установлен в том числе плазменно-эрозионный двигатель конструкции А.М. Андрианова. Он работал как двигатель ориентации и питался от солнечных батарей.

Сегодня при планировании дальнейшего освоения космического пространства, а также перспектив межпланетных исследований разработка подобных ДУ вместе с развитием ядерно-энергетических установок становится самым перспективным направлением исследований.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector