Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема сечения импульсного индуктивного двигателя малой тяги. [1] Газ подается внутрь через центральное сопло к плоской электромагнитной катушке, где он ионизируется. [2] Плазма (розовая) затем ускоряется назад силой Лоренца.

Импульсный индуктивный подруливающая ( ИПНО ) является формой ионного ракетного двигателя малой тяги , используемой в движени космической летательного аппарата . Это плазменный двигательный двигатель, использующий перпендикулярные электрические и магнитные поля для ускорения пороха без электрода .

Операция [ править ]

Сопло выпускает облачко газа , который распространяется по плоской спирали катушки индуктивности из проволоки около 1 метра в поперечнике. Блок конденсаторов выпускает в катушку импульс электрического тока высокого напряжения в десятки киловольт продолжительностью 10 микросекунд, создавая радиальное магнитное поле. Это вызывает круговое электрическое поле в газе, ионизируя его и заставляя заряженные частицы (свободные электроны и ионы ) вращаться в направлении, противоположном исходному импульсу тока. Поскольку движение этого индуцированного потока тока перпендикулярно магнитному полю,Плазма ускоряется в космос силой Лоренца с высокой скоростью истечения (от 10 до 100 км / с). [1]

Преимущества [ править ]

В отличие от электростатического ионного двигателя малой тяги, который использует электрическое поле для ускорения только одного вида (положительных ионов), PIT использует телесную силу Лоренца, действующую на все заряженные частицы в квазинейтральной плазме. В отличие от большинства других ионных и плазменных двигателей, он также не требует электродов (которые подвержены эрозии), а его мощность можно увеличить, просто увеличив количество импульсов в секунду. Система мощностью 1 мегаватт будет пульсировать 200 раз в секунду.

Импульсные индуктивные двигатели могут поддерживать постоянную эффективность удельного импульса и тяги в широком диапазоне уровней входной мощности, регулируя частоту импульсов для поддержания постоянной энергии разряда на импульс. Он продемонстрировал эффективность более 50%. [2]

Импульсные индукционные двигатели могут использовать в качестве топлива широкий спектр газов, таких как вода , гидразин , аммиак , аргон , ксенон ... Из-за этой способности было предложено использовать PIT для марсианских миссий: орбитальный аппарат мог дозаправляться, черпая CO 2 из атмосферы Марса , сжимающий газ и сжижающий его в резервуарах для хранения для обратного пути или другой межпланетной миссии , пока он находится на орбите планеты. [3]

События [ править ]

Ранняя разработка началась с фундаментальных исследований, проведенных в середине 1960-х годов. НАСА проводит эксперименты с этим устройством с начала 1980-х годов.

PIT Mk V, VI и VII [ править ]

Компания NGST ( Northrop Grumman Space Technology ) в качестве подрядчика НАСА построила несколько экспериментальных ЯМТ.

Исследовательские усилия в течение первого периода (1965-1973 гг.) Были направлены на понимание структуры индуктивного токового слоя и оценку различных концепций впрыска топлива и предыонизации.

Во втором периоде (1979-1988 гг.) Акцент сместился больше на разработку истинной двигательной установки и повышение характеристик базовой конструкции за счет постепенных изменений конструкции с постройкой прототипов Mk I и Mk IV .

Третий период (1991-настоящее время ) начался с введением новой конструкции PIT подруливающей известной как Mk V . Он превратился в Mk VI , разработанный для воспроизведения одиночных испытаний Mk V, которые полностью характеризуют характеристики двигателя. Он использует улучшенную катушку из полой медной трубки и улучшенный клапан пороха, но электрически идентичен Mk V, используя те же конденсаторы и переключатели. [4] Мк VII ,(начало 2000-х) имеет ту же геометрию, что и Mk VI, но рассчитан на высокую частоту импульсов и длительное зажигание с катушкой с жидкостным охлаждением, конденсаторами с увеличенным сроком службы и быстрыми мощными твердотельными переключателями. Задача Mk VII - продемонстрировать до 50 импульсов в секунду при номинальном КПД и импульсном бите при входной мощности 200 кВт в одном двигателе. Конструкция Mk VII легла в основу новейшей ядерно-электрической PIT. [2]

PIT получил относительно высокие характеристики в лабораторных условиях, но он по-прежнему требует дополнительных усовершенствований в технологии коммутации и накопления энергии, прежде чем станет практичным для мощных космических приложений с потребностью в бортовом источнике энергии на ядерной основе.

ФАРАД [ править ]

FARAD , что означает ускоритель Фарадея с высокочастотным разрядом , является альтернативой PIT с меньшим энергопотреблением, которая может использоваться в космосе с использованием современных технологий. [5] [6]

В PIT ионизация и ускорение пороха выполняются высоковольтным импульсом тока в индукционной катушке, в то время как FARAD использует отдельный индуктивный высокочастотный разряд для предварительной ионизации пороха перед его ускорением импульсом тока. Эта предыонизация позволяет FARAD работать при гораздо более низких энергиях разряда, чем PIT (100 джоулей на импульс против 4 килоджоулей на импульс), и позволяет уменьшить размер двигателя малой тяги. [7]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дэйли, К. Ли; Ловберг, Ральф Х. (июль 1993 г.). «Импульсный индукционный двигатель PIT MKV» . НАСА CR 191155.
  2. ^ а б Фрисби, Роберт Х .; Микеллидес, Иоаннис Г. (июль 2005 г.). Ядерно-электрический импульсный индуктивный двигатель (NuPIT): анализ миссии Prometheus (PDF) . 41-я Совместная конференция и выставка AIAA / ASME / SAE / ASEE по двигательным установкам. Тусон, Аризона . Проверено 4 июля 2017 года .
  3. ^ Пользин, Курт А. (июнь 2012 г.). "Импульсный индукционный двигатель малой тяги, использующий марсианскую атмосферу в качестве топлива" Концепции и подходы к исследованию Марса. НАСА.
  4. ^ Рассел, Деррек; Dailey, C .; Гольдштейн, Уэйн; Ловберг, Ральф; Пойлио, Джеймс; Джексон, Бернард; Lovberg, Ralph H .; Дейли, К. Ли (сентябрь 2004 г.). Импульсный индукционный двигатель PIT Mark VI . Конференция и выставка "Космос 2004". Сан Диего. DOI : 10.2514 / 6.2004-6054 .
  5. ^ Choueiri, Эдгар Y .; Пользин, Курт А. (июль 2004 г.). Фарадеевское ускорение с помощью радиочастотного разряда (FARAD) (PDF) . 40-я совместная конференция и выставка AIAA / ASME / SAE / ASEE по двигательным установкам. Форт-Лодердейл, Флорида. DOI : 10.2514 / 6.2004-3940 .
  6. ^ Dankanich, Джон В .; Пользин, Курт А. (июль 2008 г.). Оценка миссии ускорителя Фарадея с радиочастотным разрядом (FARAD) (PDF) . 44-я Конференция по совместным двигательным установкам AIAA / ASME / SAE / ASEE. Хартфорд, штат Коннектикут. DOI : 10.2514 / 6.2008-4517 .
  7. ^ Пользин, Курт Александр (июнь 2006 г.). Ускоритель Фарадея с радиочастотным вспомогательным разрядом (FARAD) (PDF) (Ph.D.). Принстонский университет .