Особенности испытания электрореактивных движителей различных типов, страница 8

Основной задачей полета лаборатории «Янтарь-1» являлось исследование взаимодействия реактивной струи работавшего на аргоне плазменно-ионного ЭРД с летательным аппаратом в ионосфере Земли.

На рисунке 4.9.6. приведена схема лаборатории «Янтарь-1» и ее основные элементы. Газовый плазменно-ионный двигатель состоял из плазменного источника, электростатического ускорителя ионов и нейтрализатора - эмиттера электронов. В полете измерялись и с помощью радиотелеметрической аппаратуры передавались на наземную приемную станцию основные электрические параметры двигателя, а также значения напряженности электрического поля (измеренные электростатическим флюксметром) и ионного тока из ионосферы на поверхности аппарата (измеренные трехэлектродной ионной ловушкой).

Программа работы лаборатории, включение и режим работы ЭРД, включение измерительной аппаратуры задавались программным механизмом, установленным в блоке управления. В соответствии с программой полета, подача рабочего тела (аргона) была включена за 12 с до старта. Программное устройство подало команду на включение ЭРД на высоте 160 км. В течение дальнейшего полета ионосферной лаборатории «Янтарь-1» (подъем до высоты 400 км и спуск) было проведено 11 циклов включения и работы двигателя с ускоряющим напряжением ионной струи 300 В.

На ЭРД ионосферной лаборатории «Янтарь-1» был использован термоэмиссионный нейтрализатор, который эмитировал поток электронов с поверхности раскаленной металлической нити.

Было установлено, что в условиях полета при работе плазменно-ионного ЭРД между корпусом лаборатории и ионосферой устанавливается разность потенциалов 50…70 В (при общем ускоряющем напряжении 300 В). В результате сложного взаимодействия ионной струи и нейтрализатора (эмиттера электронов) с плазмой ионосферы около 20% энергии реактивной струи расходовалось на процесс нейтрализации.

При работе ЭРД на аргоне удельный импульс составил ~4_*10⁴ м/с. Для обеспечения эффективной нейтрализации был создан и прошел успешные испытания плазменный нейтрализатор. Рабочим телом плазменного нейтрализатора являлся хлористый цезий. Ионизирующей поверхностью служила спираль из сплава вольфрама с рением, которая была нагрета до 2500.°С, Такой плазменный нейтрализатор с поверхностной ионизацией эмитировал поток электронов и некоторое количество ионов. В серии последующих испытаний применялись плазменные нейтрализаторы и ионизационные Манометры для определения внешнего давления.

Во время этих полетов испытывались плазменно-ионные ЭРД на азоте и воздухе, которые работали надежно и стабильно. При работе на азоте удельный импульс составил более 12_*10⁴ м/с, а на воздухе — 14_*10⁴ м/с. Двигатели включались на высоте около 250 км и устойчиво работали в течение всего полета до входа в плотные слои атмосферы на высоте примерно 100 км.

Летно-космические испытания автоматических ионосферных лабораторий «Янтарь» подтвердили работоспособность плазменно-ионных электроракетных двигателей с плазменными нейтрализаторами в ионосфере на высотах 100…400 км и явились важным этапом в деле изучения перспектив управляемого полета в верхних слоях атмосферы с помощью ЭРДУ.

4.9.6.2. Испытания ионного ЭСД по программе «Ион».

В СССР в ноябре 1969 г. и августе 1970 г. с помощью геофизической ракеты были проведены пуски автоматической ионосферной летно-космической лаборатории «Ион» с ионным ЭСД (с поверхностной ионизацией цезия на вольфраме). Полет происходит по баллистической траектории, высота которой составляла 300 км. Время нахождения ионосферной лаборатории «Ион» на высотах более 100 км — около 8 мин.

Схема летно-космической лаборатории «Ион» показана на рисунке 4.9.7. Основная задача испытаний состояла в исследовании эффективности нейтрализации ионной струи ионного ЭСД в космосе. При работе ионного ЭСД в космических условиях корпус ЛА и соединенный с ним корпус нейтрализатора могут заряжаться до отрицательного относительно пространства потенциала, а пучок приобретает положительный пространственный заряд. Это приводит к уменьшению скорости вытекающей струи ионов и к потерям тяги. Поэтому важно было исследовать в космических условиях эффективность нейтрализации ионного пучка при применении различных типов нейтрализаторов в зависимости от места их расположения относительно струи ионов.