Сегодня СПД привле- кает особое внимание специалистов. Принципы СПД уже были описаны в разделах 6.7 и 7.5. Коротко напомним, что по своей функциональной схеме СПД напоминают ионные двигатели, но только роль твёрдотельных электродов здесь играет то, что можно назвать "электронно- магнитными электродами" (ЭМЭ). Это объясняется тем, что в плазме магнитные силовые линии с точностью до сравнительно слабых тепловых возмущений становят- ся эквипотенциальными. Поэтому силовые линии с навитыми на них электронными траекториями можно рассматривать как прозрачные нитчатые электроды. Принципи- альная схема и физические особенности этих двигателей были рассмотрены выше, а здесь мы опишем три модели: первую двигательную установку (ДУ) с СПД, вы- шедшую в космос (ДУ "Эол"), современный двигатель СПД М-100 и перспективную модель СПД-Атон. Первая двигательная установка с СПД "ЭОЛ-1" [256] К середине 1968 г. в Ин- ституте Атомной Энергии в лаборатории Г. Я. Щепкина по идее и под руководством А. И. Морозова была создана устойчиво работавшая модель СПД с радиационным охлаждением и кпд > 35% [257]. Созданный там же через год макет двигательной установки был передан в ОКБ "Факел" (Калининград), где и был доведен до нуж- ного технического уровня под руководством главного конструктора Р. К. Снарского и поставлен в конце 1970 г. во Всесоюзный НИИ электромеханики для установки на спутнике "Метеор" (главный конструктор А. Г. Иосифьян). Основные параметры установки следующие: мощность ДУ ~ 400 Вт, тяга ~ ~ 0,02 Н, масса ~ 18 кг. Конструктивная схема СПД-ЭОЛ и его внешний вид изображены на рисунке 10.4.4. 31 декабря 1971 г. спутник "Метеор" был выведен в космос. В начале 1972 г. испытания ДУ ЭОЛ прошли успешно [256]. Основными результатами были: 10.4. Ионные и плазменные космические двигатели 525 т -I Рис. 10.4.4. СПД ЭОЛ-1: а — схема конструкции; 1 — разрядная камера, 2 — анод- газораспределитель, 3 — магнитная система, 4 — высоковольтный ввод, 5 — полый катод, б — поджигающий электрод; б — внешний вид а) демонстрация надежности работы ДУ с СПД и ее совместимость с космиче- ским аппаратом; б) отсутствие существенного влияния плазменной струи на связь с Землей; в) хорошее соответствие тяговых характеристик, определенных на стенде и по изменениям траектории спутника. Вместо заявленного ресурса 100 часов ДУ ЭОЛ проработала ~ 150 часов, использовала весь запас ксенона и обеспечила полезную коррекцию орбиты аппарата, поставив его на условно-синхронную орбиту, подняв высоту орбиты на 15 км. СПД ЭОЛ имел кпд ~ 30%. Вскоре после пуска ЭОЛ-1 в ИАЭ было показано, что кпд можно существенно (до ~ 50%) поднять, если перейти к "тонким" полюсам т.е. увеличить градиент магнитного поля вдоль длины камеры. Это было реализовано в двигателе ЭОЛ-2. В результате уже более 30 лет ОКБ "Факел" производит ДУ с СПД. СПД М-70 и СПД-100 [258]. В конце 1970-х годов в ОКБ "Факел" на основе СПД ЭОЛ создается штатный модуль СПД М-70 0. Он был рассчитан на мощность ~ 1 кВт, тягу ~4г и КПД ^45-50%. СПД М-70 был установлен почти на 15 спутниках. 1) Число указывает внутренний диаметр внешнего изолятора в мм. 526 Гл. 10. Примеры современных плазменных технологий В 1990-х годов была начата эксплуатация двигателя СПД М-100, (ОКБ "Факел"), рассчитанного на мощность ~ 1,5-2 кВт. Он близок по конструкции к М-70, но у М-100 увеличена толщина изолятора вблизи среза. Его внешний вид приведен на рисунке 10.4.5 и на обложке книги 0. Рабочее напряжение М-100 ~ 250-400В, тяга 6-10 г, кпд ^50%, а расходимость потока аЭф « ±45°. 10 см Н Рис. 10.4.5. Внешний вид СПД М-100 (ОКБ "Факел", г. Калининград) Самым замечательным свойством М-100 является его ресурс. Несмотря на то, что ионный поток "съел" за 8000 часов не только изолятор, но и часть полюсов (см. рис. 7.5.5), тяговые характеристики двигателя остались неизменными. Сейчас СПД М-100 работают на многих спутниках 2). Успехи СПД стимулировали аналогичные разработки в ряде фирм в России, а также в США, Франции и других странах. В настоящее время (декабрь 2005 г.) два КА Франции и один КА США оснащены СПД и работают в космосе. В общей сложности СПД стоят более чем на 40 космических аппаратах. Заметим, что СПД и близкие системы привлекают все большее внимание, так же как новые инструменты пучковых технологий, для обработки поверхностей.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Стационарные плазменные двигатели (СПД)» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
