Электрореактивный двигатель и движительная установка на его основе, как объекты испытаний

Материалы лекции № 4.8.

Электрореактивный двигатель и движительная установка на его основе, как объекты испытаний.

*****

Основные показатели и характеристики ЭРД и ЭРДУ на его основе. Классификация испытаний космических ЭРДУ и ЭСУ. Общие положения методологии испытаний ЭРДУ.

*****

4.8.1. Основные показатели и характеристики ЭРД и ЭРДУ на его основе.

Космическая двигательная установка (КДУ) с электроракетными двигателями (ЭРД) называется электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ) и состоит из двух основных частей: энергетической (электроэнергетической) установки (ЭУ) и двигательной установки (ДУ). Иногда такое сочетание называют также энергосиловой установкой или энергетической системой космического аппарата (КА).

Современная бортовая космическая двигательная установка с электроракетными двигателями представляет собой сложную техническую систему, в состав которой входят источники первичной энергии, преобразователи этой энергии в электрическую, устройства отвода высоко- и низкотемпературного тепла, а также различные преобразователи-потребители электрической энергии (ЭРД, преобразователи в энергию электромагнитных излучений, тепловую и т. д.). На рисунке 4.8.1. показана условная принципиальная схема бортовой космической ЭРДУ.

В состав ЭРДУ входит также система управления, контроля и регулирования, которая с помощью командной радиолинии и радиотелеметрической системы связана с командно-измерительным комплексом на Земле.

Особенностью ЭРДУ является то, что развиваемая ЭРД тяга по отношению к массе двигательной установки составляет всего лишь

10^-2…10^-3 Н/кг. ЭРДУ относятся к двигательным установкам малой тяги и их преимущества в полной мере проявляются лишь в условиях длительных космических полетов, поэтому они должны обладать высокой надежностью и большим ресурсом.

Используемые в ЭРДУ различные типы ЭРД обеспечивают возможность получения чрезвычайно высоких (по сравнению с химическими ракетными двигателями) значений удельных импульсов тяги: 10⁴…10⁸ м/с.

ЭРДУ могут применяться для решения следующих задач:

Ø коррекции орбиты искусственных спутников земли (ИСЗ);

Ø стабилизации ИСЗ;

Ø ориентации ИСЗ;

Ø осуществления межорбитальных полетов КА,

Ø осуществления маршевых полетов КА к другим планетам солнечной системы.

Современные бортовые космические ЭУ и ДУ весьма разнообразны. Они отличаются как по конструкции, характеристикам, так и по реализации рабочего процесса.

ЭУ включает следующие три основных элемента: источник первичной энергии, преобразователь первичной энергии в электрическую (иногда эти два элемента объединены) и устройство для отвода неиспользованной в процессе преобразования теплоты в космическое пространство.

В зависимости от механизма ускорения рабочего тела различают следующие три основных типа ЭРД:

1.  электротермические (ЭТД),

2.  электромагнитные (ЭМД),

3.  электростатические (ЭСД).

Особенностью ЭРД является независимость подачи рабочего тела и подвода энергии к нему.

В ЭТД нагрев рабочего тела осуществляется либо за счет джоулева тепла, выделяющегося в твердом тугоплавком проводнике электрического тока — ЭТД с омическим нагревом, или электрической дугой — электродуговые ЭТД.

ЭМД подразделяются на две группы: непрерывного действия и импульсного действия. ЭМД непрерывного действия могут быть с собственным или внешним магнитным полем. Существуют два основных типа ЭМД с собственным магнитным полем: коаксиальные и торцевые. ЭМД с внешним магнитным полем весьма разнообразны: с ускорением плазмы в ортогональных (скрещенных) электрическом и магнитном полях; линейные холловские и торцевые холловские.

Импульсные ЭМД (называемые также импульсными ускорителями) преимущественно выполняются по коаксиальной или торцевой схемам. В них используются жидкие или твердые рабочие тела. Импульсные ЭМД, в которых применяются в качестве рабочего тела диэлектрики, называются эрозионными.

Принцип работы ЭСД основан на ускорении электростатическим полем одноименно заряженных частиц рабочего тела. По виду рабочего тела ЭСД бывают двух видов: ионные и коллоидные.

Космическая ЭРДУ характеризуется:

1)  сложностью, обусловленной наличием большого числа систем, узлов, агрегатов и пр., которые функционально связаны между собой;

2)  высокой надежностью (т. е. безотказностью функционирования) при условии полного отсутствия или ограниченной возможности ремонта в космосе;

3)  долговечностью, т. е. длительной безотказностью функционирования.

Для современного этапа развития ЭРДУ характерна также уникальность и единичность производства. Заметная часть созданных образцов ЭРДУ являются опытными и нередко не имеют прототипов.

Испытания — важнейшая часть программ разработки, опытной отработки и создания высокоэффективных, надежных и долговечных ЭРДУ, предназначенных для КЛА различного назначения. Вопросы организации, технического оснащения и проведения испытаний космических ЭРДУ имеют ряд особенностей и отличаются достаточной сложностью и трудоемкостью.