ПЛАЗМЕННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

ПЛАЗМЕННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

       

ракетные двигатели, в к-рых рабочее тело ускоряется, находясь в состоянии плазмы. Скорости истечения рабочего тела, достижимые в П. д., существенно выше скоростей, предельных для обычных газодинамич. (хим. или тепловых) двигателей. Увеличение скорости истечения позволяет получать данную тягу при меньшем расходе рабочего тела, что облегчает вес ракетной системы.

Практич. применение на сов. и амер. косм. летат. аппаратах нашли плазменные электрореактивные двигатели. В таких П. д. через рабочее тело пропускается электрич. ток от бортового источника энергии, в результате чего образуется плазма с темп-рой в десятки тыс. градусов. Эта плазма затем ускоряется либо газодинамически, либо за счёт силы Ампера, возникающей при вз-ствии протекающего по плазме тока с магн. полями (см. ПЛАЗМЕННЫЕ УСКОРИТЕЛИ).

Исследуются возможности создания П. д. на др. принципах. Так, существуют модели П. д., работающие на отдаче, вызванной разлётом продуктов разложения и испарения поверхностей тв. тел, облучаемых мощными импульсами лазерного излучения или импульсными электронными пучками. Обсуждается также схема яд. ракетного двигателя на основе ядерного реактора с газофазными (точнее, плазменными) тепловыделяющими элементами. В этом реакторе делящееся в-во должно находиться в состоянии плазмы с темп-рой в неск. десятков тыс. градусов. При контакте с ним рабочее тело (напр., водород) будет нагреваться до соответствующих темп-р, что позволит получить скорости истечения в неск. десятков км/с.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ПЛАЗМЕННЫЕ ДВИГАТЕЛИ

- космич. реактивные(ракетные) двигатели с рабочим веществом в плазменной фазе, использующиедля создания и ускорения потока плазмы электрич. энергию. П. д. представляютсобой соответствующим образом оптимизированные плазменные ускорители. П. д. - составная часть семейства электроракетных двигателей (ЭРД),в к-рое входят также ионные и эл.-нагревные двигатели. При эл.-магн. ускоренииплазмы скорость истечения существенно превосходит тепловую скорость, характернуюдля хим. (тепловых) ракетных двигателей, что в соответствии с ф-лой Мещерского- Циолковского (см. Механика тел переменной массы )расширяет диапазондостижимых характеристич. скоростей и увеличивает долю полезной нагрузкина космич. летат. корабле (КЛА). П. д. функционируют на борту КЛА в условияхневесомости либо очень малых гравитац. полей. П. д. имеют малую тягу (10-2- 10^-1 Н), работают длит. время (10³ ч) при большом числе включений. С учётом огранич. возможностей совр. космич. <энергетики осн. критериями оптимизации П. д. являются весовые и габаритныехарактеристики электроракетных двигат. установок (ЭРДУ), ресурс их работы, <энергетич. цена тяги ( и- скорость истечения,= Fu/2N - тяговый кпд, где F - тяга, N - потребляемаяэлектрич. мощность), уменьшающаяся при заданной скорости истечения по мерероста
Использование П. д. (ЭРД) дает возможностьпрецизионно установить требуемые параметры орбиты КЛА, поддерживать ихнеизменными и осуществлять перевод КЛА с одной траектории на другую.
Интенсивная разработка П. д. началасьв кон. 1950-х гг. В качестве прототипов П. д. рассматривались все схемыплазменных ускорителей. Однако до сих пор применяются только два типа П. <д.: эрозионный импульсный П. д. (ИПД) и стационарный (неимпульсный) П. <д. (СПД). В эрозионных ИПД электрич. разряд развивается вдоль поверхностирабочего вещества (типа фторпласта, напр. тефлона), к-рое испаряется, частичноионизуется, и образовавшаяся плазма термически ускоряется. С помощью такихП. д. создаются регулярные малые, точно дозированные импульсы тяги, недостижимыепри работе ракетных двигателей др. типов. Первый ИПД создан в СССР в 1930.В космич. условиях эрозионные ИПД впервые были успешно испытаны в 1964на борту советской межпланетной космич. станции "Зонд-2". ЭРДУ с четырьмяэрозионными ИПД (рис.) функционировала с 1968 в течение более чем 2 летна борту американского спутника связи LES-6, поддерживая параметры егоорбиты. Чтобы удержать разряд в одном месте, брусок тефлона 1 закреплёнс одной стороны буртиком (выступом) 6, с другой - пружиной 8, к-рая подаёт брусок вперёд по море его выгорания. Запасаемая энергия1,85 Дж, унос вещества за разряд 10^-8 кг, скорость истечения3 км/с. Двигатель рассчитан на 12 х 10⁶ разрядов с импульсом2 х 10^-5 Н/с.

Схема эрозионного импульсного плазменногодвигателя спутника LES-6: 1 - брусок тефлона; 2 - катод;3 - анод; 4 - струя плазмы; 5 - устройство для поджига разряда;6- буртик; 7 - конденсатор; 8 - пружина подачи.

СПД - исторически сложившееся, не оченьудачное название двигат. варианта плазменного ускорителя с замкнутым дрейфомэлектронов и протяжённой зоной ускорения. Эти двигатели могут работатьдлит. время в пост. режиме. ЭРДУ с двумя СПД, работавшими на ксеноне, каждыймощностью 400 Вт, скоростью истечения ~10 км/с и тягой - 2 х 10^-2 Н впервые функционировала на борту советского ИСЗ "Метеор" в 1972. С еёпомощью за 170 ч работы высота орбиты ИСЗ изменилась на 17 км, и спутникбыл установлен на геосинхронную орбиту. В дальнейшем ЭРДУ с ксеноновымиСПД были включены в состав советских спутников серии "Метеор - природа",они регулярно выводятся в космос на борту спутников связи, в т. ч. ретрансляторов, <для коррекции и поддержания параметров орбиты.

Лит.: Гильзин К. А., Электрическиемежпланетные корабли, 2 изд., М., 1970; Морозов А. И., Шубин А. П., Космическиеэлектрорсактивные двигатели, М., 1975; Гришин С. Д., Лесков Л. В., КозловН. П., Электрические ракетные двигатели, М., 1975.

А. П. Шубин.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.