Особенности испытания электрореактивных движителей различных типов, страница 5

На рисунке 4.9.4. приведены схемы нейтрализации пространственного заряда и тока ионного пучка в стендовых условиях (вакуумные камеры) и в космических условиях. В схеме с коллектор ионов изолирован от земли и находится под плавающим потенциалом, а в схеме б (на рисунке 4.9.4.) — коллектор заземлен и имеет нулевой потенциал. Нейтрализатор расположен вне ионного пучка и электроны инжектируются за счет воздействия электрического поля пучка, которое обеспечивает поступление в пучок необходимого для нейтрализации электронного тока.

Нейтрализация пространственного заряда ионных пучков в космических условиях и в наземных стендовых условиях обеспечивается различным образом. В космических условиях (схема в, рисунок 4.9.4.) пространственный заряд ионного пучка компенсируется только электронами, которые поступают с нейтрализатора. Эти электроны испытывают многократное рассеяние по различным направлениям, в результате чего и обеспечивается нейтрализация. При стендовых испытаниях в вакуумных камерах (схемы а и б, рисунок 4.9.4.) компенсация пространственного заряда ионов в пучке обеспечивается не только электронами с нейтрализатора, но также и электронами, образующимися в результате ионно-электронной эмиссии с приемника ионов, электронно-электронной эмиссии со стенок вакуумной камеры и в результате ионизации остаточного газа. Эти процессы приводят к накоплению в пролетном пространстве медленных электронов, которые практически не расходуются, т. е. не уходят на коллектор. При проведении эксперимента по схеме б амперметр в цепи коллектора показывает суммарный ток, равный ионному току и току вторичной эмиссии с коллектора.

В схеме а(на рисунке 4.9.4.) с изолированным коллектором нейтрализатор необходим для компенсации тока. В компенсации пространственного заряда электроны с нейтрализатора принимают малое участие, поскольку они быстро попадают на коллектор. Все перечисленные особенности компенсации ионных пучков в стендовых условиях связаны с тем, что в вакуумных камерах пролетное пространство и количество зарядов в нем ограничены и остаются постоянными во времени, в то время как в космических условиях объем пучка и количество зарядов в нем непрерывно увеличивается, и для компенсации требуется непрерывное введение в пучок электронов с нейтрализатора. Подробное рассмотрение процессов нейтрализации в стендовых условиях и в космосе приводит к выводу, что моделировать космические условия в вакуумных камерах можно лишь в течение небольшого промежутка времени после включения двигателя, пока пучок распространяется от выходного сечения – ионного ЭРД до коллектора, т. е. в течение пролетного времени. Эксперименты, проведенные в таких импульсных режимах, подтвердили возможность компенсации ускоренных ионных пучков.

Таким образом, при стендовых испытаниях в вакуумной камере ионных ЭСД необходимо учитывать влияние на процесс нейтрализации ряда явлений, обусловленных наличием ограничивающих стенок камеры, остаточного газа, схемы соединения коллектора и т. п. Однако, строго говоря, реальные космические условия также отличаются достаточной неоднородностью, наличием нейтральных частиц и космической плазмы. Поэтому «идеального» космического пространства в действительности не существует.

Ионный ЭСД представляет собою многоэлектродную систему, для нормальной работы которой должна быть обеспечена согласованность режимов электропитания отдельных ее элементов. Чтобы при стендовых испытаниях ионных ЭСД обеспечить безаварийный пуск, необходима строго определенная временная последовательность подачи напряжений к элементам ЭСД. Например, при пуске цезиевого ионного ЭСД вначале включаются нагреватель цезиевого испарителя и нагреватель вольфрамового ионизатора, затем подается рабочее напряжение на электроды и, наконец, подается напряжение на соленоидальный клапан подачи рабочего тела и на нейтрализатор. Для регулирования ионных ртутных ЭСД необходимо согласовать управление током пучка ионов и системой подачи рабочего тела.