Cтраница 1
Электрореактивные двигатели считаются перспективными для космических объектов, в которых для нагрева или ускорения рабочего вещества используется электричество. В электростатических системах для ускорения ионизированного рабочего вещества используются электростатические поля. [1]
В плазменных электрореактивных двигателях рабочее тело ( плазма) разогревается с помощью электрической энергии. Затем на плазму воздействуют электромагнитным полем, при этом она движется, подобно тому как в электромоторе движется проводник, по которому течет ток. Отсюда вытекает возможность ускорения частиц рабочего тела до скоростей в десятки и сотни километров в секунду, недостижимых в двигателях, работающих на химическом топливе или сжатом газе. [2]
Возможной областью применения электрореактивных двигателей является разгон космического корабля, выведенного на орбиту искусственного спутника планеты, от первой местной космической скорости до местной параболической или гиперболической скорости. [3]
Например, в электрореактивных двигателях космических аппаратов плазма выбрасывается в окружающее пространство, что создает тягу силой отдачи выбрасываемых частиц. [4]
Как показывают оценки, выведение с использованием электрореактивных двигателей и ядерной энергоустановки обеспечивает существенную экономию средств, позволяя заменить тяжелые ракеты-носители ракетами-носителями среднего класса, либо выводить на высокие орбиты полезные нагрузки в 2 - 3 раза большей массы. Так, например, для РН Ариан с бортовой солнечной энергоустановкой мощностью 20 кВт масса космического аппарата, доставляемого на геостационарную орбиту, при переходе к ядерному энергоисточнику увеличивается с 4 1 - 5 3 т до 13 4 т при длительности выведения не более 6 месяцев. Если же будет использован ЯЭДУ с ядерным ракетным двигателем тягой 100 - 7000 Н, время доставки КА сократится до нескольких суток. [5]
Цезий, натрий, ртуть и другие жидкие металлы считаются перспективными для использования в различных типах электрореактивных двигателей. Имеются сообщения о применении жидких металлов в статических двигателях коллоидного типа с электронной бомбардировкой ( с кольцевым и ленточным пучком), а также в электромагнитных двигателях с резонансным циклотронным ускорителем. [6]
Циолковский углубил здесь решение задачи о влиянии тяготения на движение ракеты, рассчитал значения космических скоростей, впервые исследовал влияние сопротивления атмосферы на конечную скорость ракеты и ее эффективность, рассмотрел идею ядерного и электрореактивных двигателей и некоторые особенности межпланетных траекторий, а также дал развернутый анализ условий космического полета ( перегрузки на участке выведения, невесомость, нагрев и охлаждение) и предложил ряд конструктивных решений для преодоления их вредного воздействия. В конце работы Циолковский изложил свои аргументы в пользу необходимости освоения человечеством космического пространства. [7]
При этом ядерные энергодвигательные установки могут быть созданы на основе сочетания разработанных технологий ядерных термоэмиссионных установок типа ТОПАЗ со встроенными в активную зону электрогенериру-ющими каналами, либо с вынесенными из активной зоны термоэмиссионными преобразователями, либо с комбинированными схемами преобразования и технологии наиболее эффективных электрореактивных двигателей типа стационарных плазменных двигателей на ксеноне с удельным импульсом и 1800 с или ионных двигателей. Этот вариант ЭДУ является наиболее подготовленным к реализации и обеспечивает вывод на высокоэнергетические орбиты ( ГСО, межпланетные орбиты) наибольшей массы полезных нагрузок. Недостатком схемы является длительное ( до 0 5 года) время вывода полезной нагрузки на ГСО даже при условии форсирования ( 2 5 раза) энергоустановки по электрической мощности. [8]
Уже на стадии разработки технических предложений по проекту Фобос-Грунт было рассмотрено несколько вариантов полетов к астероидам главного пояса, NEO и короткопериодическим кометам. Исходя из существующих энергетических возможностей при использовании ракет-носителей среднего класса и электрореактивных двигателей среди астероидов главного пояса выделены объекты с орбитами, находящимися в пределах ( а 2 2 Ч - 2 5 а. При этом оказывается возможным исследовать тела различного состава ( см, напр. Большой интерес представляет, в частности, возможность возврата грунта с астероида класса С Фортуна. При этом, согласно расчетам, время экспедиции составит от 2 до 2 5 лет, масса посадочного аппарата 450 - т - 525 кг, а возвращаемого 230 кг. Аналогичные расчеты среди астероидов, сближающихся с Землей, проведены для астероида 433 Эрос, а среди комет - для короткопериодической кометы семейства Юпитера Компф. [9]
Начальная масса КА на опорной орбите ИСЗ составляет 7250 кг; масса топлива, расходуемого для разгона от Земли, 4060 кг; масса КА на орбите ИСМ 1880 кг и масса аппарата на поверхности Фобоса 1150 кг. Здесь Т - длительность перелета Земля-Марс; Тст - дата старта с промежуточной орбиты спутника Земли; V& OE - скорость на бесконечности при уходе с орбиты Земли; МКА - начальная масса КА на траектории Земля-Марс; Тео - суммарное время работы ЭРДУ; VOOM - скорость на бесконечности при подлете к Марсу; Мхе - масса использованного ксенона; Mf - масса, доставляемая к Марсу ( после отделения модуля ЭРДУ); / s - суммарный импульс, сообщаемый электрореактивными двигателями; Vx - характеристическая скорость торможения у Марса; Тпр - время прибытия к Марсу. [10]
Целью программы по термоэмиссионным реакторам является разработка источников электрической мощности в диапазоне от 1О до ЗОО кВт для питания ЭРД и бортового оборудования в космосе. В процессе разработки могут выявиться возможности использования таких энергетических установок на земле. Наибольшее внимание в настоящее время уделяется разработке реактора на электрическую мощность 1ОО кВт для электрореактивного двигателя, в частности электрогенерирующих каналов ( ЭГК), из которых в основном состоит активная зона реактора. [11]
Плазменные двигатели хорошо зарекомендовали себя в космосе. Еще в 1964 г. впервые в мире на советской автоматической станции Зонд-2, удалившейся от Земли на миллионы километров, были успешно проведены испытания плазменных электрореактивных двигателей. [12]
В основе современной стратегии исследований дальнего космоса лежит использование относительно недорогих аппаратов для решения широкого круга научных задач. Российский проект Фобос-Грунт, предназначенный для забора образцов пород с поверхности спутника Марса Фобоса и доставки их на Землю, полностью отвечает этим критериям. Проект предусматривает создание космического аппарата ( КА) нового поколения, основанного на передовых технологиях. Наряду с решением важных научных задач, включающих изучение реликтового вещества одного из малых тел Солнечной системы - Фобоса и исследования планеты Марс, проект призван продемонстрировать высокую эффективность заложенных оригинальных технических решений: блочно-модульный принцип конструкции, применение электрореактивных двигателей ( ЭРДУ), унификация бортовых систем, высокая степень автономии. Обсуждаются задачи и сценарий экспедиции, приводятся основные технические параметры проекта Фобос-Грунт, массово-энергетические характеристики которого определяются использованием ракеты-носителя среднего класса Союз-Фрегат и ЭРДУ. Подчеркивается, что проект Фобос-Грунт, реализация которого намечена в 2007 - 2010 гг., обеспечит осуществление долговременной российской программы космических исследований планет, комет и астероидов, а также широкого круга других научных и прикладных задач на основе создаваемого базового модуля космического аппарата. [13]
Статьи, помещенные в разделе Термоэмиссионные преобразователи ( редактор АА. Кулан дин) отражают характерные черты современного этапа американских работ в этой области: использование диодов только в дуговом режиме работы, создание унифицированных шестиэлементных ЭГК гирляндного типа, ориентация преимущественно на встроенный в реактор вариант преобразователя ( хотя определенное внимание уделяется вынесенной из активной зоны конструктивной схеме на тепловых трубах), переход на быстрые реакторы без водородсодержащего замедлителя, использование холодильников-излучателей только на тепловых трубах. Большое внимание уделяется ресурсным испытаниям диодов и скоммутированных электрогенерирующих каналов, в чем достигнуты определенные успехи. В настоящее время разработка термоэмиссионных энергетических установок космического назначения ориентируется на определенные диапазоны мощностей: 5 - 10 кВт для искусственных спутников, 40 - 50 кВт для обитаемых космических станций и 100 - 2ОО кВт для многоцелевых тяжелых необитаемых космических аппаратов, снабженных электрореактивными двигателями. Однако сведения о летных вариантах конструкции термоэмиссионных энергоустановок отсутствуют. [14]