Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Большие надежды возлагаются некоторыми специалистами на особый тип электростатических двигателей — коллоидные двигатели. В этих двигателях ускоряются большие заряженные молекулы и даже группы молекул или пылинки диаметром около 1 микрона [1.29].
Магнитогидродинамические (электродинам и^ч еские, электромагнитные, магнит о-плазменные, «плазменные») д"в и г а т е л и [1.8, 1.9, 1.18—1.20, 1.26, 1.27]. Эта группа двигателей объединяет огромное разнообразие схем, в которых плазма разгоняется до~некото-рой скорости истечения изменением магнитного поля или взаимодействием электрического и магнитного полей. Конкретные методы разгона плазмы, а также ее получения весьма различны. В плазменном двигателе (рис. 12) сгусток плазмы («плазмоид») разгоняется магнитным давлением [1.8, 1.19]. В «двигателе со скрещенными электрическим и магнитным полями» (рис. 13) через плазму, поме-
\
Ла/лг/шха
ЗЛЄХ*7/70Л7Огнг//77Д
Рис. 13. Схема магнитогидродинамического двигателя со скрещенными полями.
Л7ЄЛ/2 § 7. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ РАКЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ (ЭРД)
45
іценную в магнитное поле, пропускается электрический ток (плазма — хороший проводник), и в результате плазма приобретает скорость (подобно проволочной рамке с током, помещенной в магнитном поле) [1.9, 1.18]. Оптимальная скорость истечения для магнитогид-родинамических двигателей, вероятно, будет порядка 50—200 км/с при реактивном ускорении Ю-5—10~3 g.
В лабораторных испытаниях магнитогидродинамических двигателей достигнуты скорости истечения до 200 км/с [1.9].
Следует отметить, что во многих случаях отнести двигатель к тому или иному классу бывает затруднительно.
Электрические двигатели с забором рабочего тела из верхней атмосферы [1.9]. Летательный аппарат, движущийся в верхних слоях атмосферы, может использовать разреженную внешнюю среду в качестве рабочего тела для электрического двигателя. Подобный электрический двигатель аналогичен воздушно-реактивному двигателю в классе химических двигателей. Поступающий через воздухозаборник газ может использоваться в качестве рабочего тела или непосредственно, или после накопления (и, возможно, сжижения) его в баках. Возможен также вариант, при котором в баках одного летательного аппарата будет накапливаться рабочее тело и перекачиваться затем в баки другого аппарата.
Важным преимуществом всех типов электрических двигателей является простота регулировки тяги. Серьезной трудностью — необходимость освобождения от избытка тепла, выделяемого ядерным реактором. Этот избыток не уносится рабочим телом и не отдается окружающей среде, которая практически отсутствует в мировом пространстве. Освободиться от него можно лишь с помощью радиаторов, имеющих* большую поверхность.
В 1964 г. в США было проведено первое успешное испытание в течение 31 мин ионного двигателя, установленного на контейнере, запущенном на баллистическую траекторию. В реальных условиях космоса ионные и плазменные двигатели были^впервые испытаны на советском корабле «Восход-1» и советской станции «Зонд-2», запущенных в 1964 г. («Зонд-2» — в"'сторону Марса) [1.28]; наряду с обычными они использовались в системах ориентации. В апреле 1965 г. ионный двигатель на жидком цезии испытывался вместе с ядерным реактором «Снеп-ЮА» на американском спутнике Земли, развивая тягу 0,9 гс (вместо 3,6 гс). Цезиевые ионные двигатели с расчетной регулируемой тягой 0,002—0,009 гс и электротермические двигатели, использующие в качестве рабочего тела жидкий аммиак и развивающие тягу до 0,02 гс, испытывались с переменным успехом на спутниках серии ATS, запускавшихся в США с 1966 г.
В 1966—1971 гг. в СССР проводились' эксперименты по программе «Янтарь». 4 ионосферных лаборатории запускались на высоту до 400 км по баллистическим траекториям, причем испытывались 46 ГЛ. 1. ДВИГАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ
плазменно-ионные двигатели на аргоне (40 км/с), азоте (120 км/с), воздухе (140 км/с) [1.9]. (В скобках указаны скорости истечения.)
В 1970 г. были испытаны на орбите по американской программе «Серт-2» два ртутных ионных двигателя, каждый с максимальной тягой 0,028 Н, удельным импульсом 4240 с (см. § 8 гл. 5). Двигатели отказали, проработав один более 3800 ч, а другой более 2000 ч, из-за эрозии электродов.
В феврале 1972 г. были проведены на одном из спутников серии «Метеор» успешные испытания двух советских стационарных плазменных двигателей принципиально новой схемы, тяги которых составляли около 2 гс.
С 1974 г. ЭРД разного типа успешно служат на американских спутниках серий ATS, LES, «Интелсат» и др.
Во всех случаях энергия черпается от солнечных батарей.
§ 8. Парусные системы
Известно, что солнечный свет оказывает давление на освещенные части тел. Идея использования этой силы истинно космического характера давно привлекала интерес, но впервые была серьезно исследована в 1924—1925 гг. советским ученым Ф. А. Цандером [1.30].
В случае, если свет отвесно падает на полностью поглощающую его поверхность «абсолютно черного» тела, он на расстоянии от Солнца 149,6 млн. км (радиус орбиты Земли) оказывает
