Электрический РД - ракетный двигатель, в котором
в качестве источника энергии для создания тяги используется электрическая
энергия бортовой энергоустановки космического летательного аппарата, обычно
это солнечные или аккумуляторные батареи, реже пассивные ядерные генераторы.
Достоинство: высокий удельный импульс (удельная тяга) благодаря большой
скорости истечения рабочего тела, достигающей 10-100 км/с. По удельному
импульсу ЭРД многократно превосходят химические РД, у которых скорость
истечения не превышает 4.5 км/с. 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,
совершающих полёт 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. Однако из-за
малой отбрасываемой массы рабочего тела время непрерывной работы таких
ЭРД будет измеряться месяцами и годами; их использование вместо существующих
химических РД позволит увеличить массу полезного груза КЛА. Выделяют электротермические,
электростатические (ионные) и электромагнитные (плазменные) РД.
Электротермический РД - электрическая энергия используется для
нагрева рабочего тела с целью обращения его в газ с температурой 1000-5000
К; газ, истекая из реактивного сопла создаёт тягу. В качестве рабочего
тела используются вещества с малой молекулярной массой (например, водород,
аммиак, гидразин), нагреваемые при помощи поверхностных нагревателей,
дугового разряда или (в экспериментальных ЭРД) высокочастотного электромагнитного
поля. Удельный импульс электротермического РД составляет 1.5-10 (кН*с)/кг,
плотность тяги 0.3-3 МН/м2, время работы от нескольких часов до нескольких
сотен часов.
Ионный (электростатическом) РД - двигатель, тяга которого создаётся истеканием
ионизированного газа. Вначале производится ионизация рабочего тела, после
чего ионы и электроны раздельно ускоряются в электростатическом поле (при
помощи системы электродов), а затем вновь перемешиваются для нейтрализации
объёмного заряда и, истекая, создают тягу. Вместо ионов в электростатических
РД могут ускоряться заряженные (например, за счёт контактной разности
потенциалов при отрыве капли от поверхности электрода) микроскопические
капли, такие ЭРД называются коллоидными. Значение ускоряющего потенциала
составляет для них около 2-7 кВ (для коллоидных 10-20 кВ) при плотности
тока в несколько мА/см2. Удельный импульс электростатических РД 15-100
(кН*с)/кг, плотность тяги 30-50 Н/м2, время работы - более 1-го года.
Плазменный (электромагнитным) РД - двигатель, тяга которого создаётся
истеканием плазмы. Рабочим телом является плазма любого вещества, ускоряемая
за счёт силы Ампера в скрещенных электрическом и магнитном полях. Так,
существуют модели, в которых действующей силой является реактивная сила
отдачи, возникающая при разлёте продуктов разложения и испарения поверхностей
твёрдых тел, облучаемых мощными импульсами лазерного излучения или импульсными
электронными пучками.
|