Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов. Рубрика в журнале - Космическая техника и технологии
Статья научная
Расширение масштабов космической деятельности в околоземном пространстве и дальнем космосе требует повышения энергодвигательного обеспечения космических аппаратов до уровня сотен киловатт и более. Необходимым условием успешной реализации работ по созданию энергодвигательных установок такой мощности, в т. ч. с ядерными источниками энергии, является наличие полнофункциональной экспериментальной стендовой базы. В АО ГНЦ «Центр Келдыша» создана и успешно функционирует уникальная стендовая экспериментальная база, которая позволяет выполнять как исследовательские испытания, так и экспериментальную отработку ключевых составных частей мощных энергодвигательных установок в условиях, приближённых к штатным условиям эксплуатации. В статье приведено описание основных компонентов стендовой базы АО ГНЦ «Центр Келдыша», приведены некоторые результаты выполненных на ней работ, изложены перспективы её дальнейшего развития и использования при создании мощных энергодвигательных установок космического назначения.
Бесплатно
Статья научная
Приведено исследование влияния температуры на мощность солнечных батарей, выполненное путем анализа вольтамперных характеристик фотоэлектрических преобразователей и подтвержденное экспериментально телеметрическими измерениями грузового космического корабля «Прогресс МС». На основе зависимостей электрических параметров преобразователей от температуры построены вольт-амперные характеристики при различной температуре, с помощью которых выяснено, как нагрев влияет на ток, напряжение и мощность солнечных батарей. Определено, что это влияние зависит от способа согласования солнечных батарей с потребителями тока. В космических аппаратах согласование обычно обеспечивается стабилизацией напряжения на солнечных батареях или экстремальным регулированием. Результаты анализа для случая стабилизированного напряжения нашли экспериментальное подтверждение при телеметрических измерениях тока и температуры солнечных батарей космического корабля «Прогресс МС-07», выполнявшего автономный полет с ориентированными на Солнце солнечными батареями. Результаты исследования представляют интерес для разработчиков солнечных батарей и систем электроснабжения космических аппаратов.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты экспериментального исследования тягово-энергетических характеристик стендового образца многодвигательной системы на базе трех электроракетных двигателей с анодным слоем и характеристик плазменной струи, формируемой при их одновременном функционировании. Исследуются различные схемы системы электропитания для нескольких одновременно работающих электроракетных двигателей и их влияние на распространение электромагнитных колебаний по цепям многодвигательной системы. Рассмотрена возможность работы стендового образца с катодом-нейтрализатором, вынесенным за его габариты. Исследована устойчивость работы стендового образца при отклонении параметров одного из двигателей, входящих в его состав. Описываются методики измерений локальных и интегральных параметров струй двигателей с азимутальным дрейфом электронов. Приведены результаты сравнения характеристик плазменных струй многодвигательной системы и единичного двигателя, входящего в ее состав. Рассмотрено влияние условий проведения наземных испытаний электроракетных двигателей данного типа на измеряемые параметры плазменных струй.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты отработки струйного насоса-конденсатора в составе бустерного турбонасосного агрегата подачи жидкого кислорода, разрабатываемого для жидкостного ракетного двигателя. Струйный насос-конденсатор предназначен для смешения газа, отработавшего на турбине бустерного турбонасосного агрегата, с основным потоком жидкого кислорода, что позволяет снизить потери рабочего тела при работе двигателя. Приведены результаты экспериментальных исследований различных вариантов конструкции струйного насоса-конденсатора при его работе на штатном компоненте (кислороде), во время которых проводились измерения давления, а также частоты и амплитуды пульсаций давления в магистрали до и после насоса-конденсатора. По результатам исследований выбрана оптимальная конструкция струйного насоса-конденсатора.
Бесплатно
Экспериментальные исследования стационарного плазменного двигателя на иоде
Статья научная
В предлагаемой статье показана возможность использования иода в качестве рабочего тела для двигателей с замкнутым дрейфом электронов и экономическая целесообразность его применения. Описан экспериментальный стенд для проведения испытаний. Приведены результаты экспериментальных исследований стационарного плазменного двигателя на рабочем теле «иод» с полым газопроточным катодом на ксеноне, а также в режиме работы двигателя на смеси ксенона и иода. Проведен анализ газодинамических и электрических характеристик двигателя при испытаниях. Исследован температурный режим системы хранения и подачи иода. Были сделаны выводы по улучшению и модернизации объекта испытания. Описана возможность использования термоэмиссионного безрасходного катода в качестве катода-компенсатора для работы двигателя на иоде. Приведены результаты экспериментального исследования прототипа безрасходного катода-компенсатора в диодном режиме. На основе результатов исследований была создана экспериментальная установка для испытания двигателя с безрасходным катодом-компенсатором.
Бесплатно
Электроракетные транспортные аппараты в различных схемах пилотируемых полётов к Марсу
Статья научная
В настоящей обзорной статье рассматриваются различные схемы пилотируемых полётов к Марсу с помощью электроракетных транспортных аппаратов. Обсуждается выбор двигательных установок межорбитального межпланетного полёта, показаны преимущества использования электроракетных двигательных установок (ЭРДУ). Приведён краткий обзор концептуальных проектов РКК «Энергия» однопусковой десантной схемы пилотируемой экспедиции на Марс на основе ЭРДУ с питанием от ядерной и солнечной энергоустановок. Рассмотрена возможность снижения времени полёта при использовании комбинированной двигательной установки на основе ЖРД + ЭРДУ. Рассмотрены многокорабельные схемы десантной экспедиции, в т. ч. с возможностью спасательной операции в полёте. Показана возможность создания единого электроракетного транспортного аппарата для марсианского экспедиционного комплекса и околоземного многоразового буксира. Для разделённой схемы экспедиции с целью предварительного создания инфраструктуры марсианской базы высокой эффективностью обладают одноразовые грузовые электроракетные буксиры для доставки на орбиту Марса неделимых грузов большой массы (20...200 т).
Бесплатно
Электротермическая двигательная установка наноспутника
Статья научная
В статье изложены основные результаты разработки экспериментальной импульсной электротермической двигательной установки (ЭТДУ) наноспутника с автоколебательным рабочим процессом. Рабочим телом выбрана вода с добавкой этилового спирта для незамерзаемости. Рассчитаны удельный импульс тяги ЭТДУ и запас характеристической скорости в зависимости от концентрации спирта. Разработаны и изготовлены конструкция и система управления ЭТДУ. Разработана и изготовлена система измерения основных параметров ЭТДУ: тяги, темпера турного состояния нагревателя, а также напряжения на промежуточном накопителе энергии - батарее суперконденсаторов. Разработана и реализована на управляющем компьютере автоматизированная система проведения эксперимента. Предложено применить для исследуемой ЭТДУ автоколебательный режим работы, эффективность которого подтверждена экспериментально. Эксперимент выполнялся для рабочего тела, содержащего добавку 40% по массе спирта, обеспечивающего работоспособность практически для всех околоземных орбит полёта. Получен удельный импульс тяги 1300 м/с при среднем потреблении электроэнергии не более 1 Вт и практически полной технической и экологической безопасности на всех этапах жизненного цикла. Основные конструкционные решения запатентованы в Российской Федерации. Разработанная ЭТДУ может служить прототипом создания лётного варианта двигательной установки наноспутника.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложена концепция электроэнергетической системы переменного тока, позволяющей передать полную электрическую мощность на одну полезную нагрузку, для автономной замкнутой газотурбинной энергетической установки. Применительно к специфике замкнутых газотурбинных энергоустановок космических аппаратов подобраны способы и рассмотрены процессы регулирования значений частоты и напряжения и способ параллельной работы двух электрогенераторов с возбуждением от постоянных высококоэрцитивных магнитов. Рассмотрен способ формирования минимально необходимой нагрузки для ограничения частоты вращения ротора аварийного турбокомпрессора-генератора. Проведены оценки параметров и экспериментальных характеристик электрогенератора экспериментального макета турбокомпрессора-генератора.
Бесплатно
Статья научная
Представлены математические модели и результаты оптимизации основных параметров многоразового межорбитального буксира (ММБ) с электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ) на основе ядерной энергетической установки по критерию максимальной суммарной массы полезного груза, доставляемого на рейсе «Земля-Луна-Земля» (с орбиты Земли на орбиту Луны и с орбиты Луны на орбиту Земли). Исследовано влияние соотношения масс полезных грузов перелётов «Луна-Земля» и «Земля-Луна» на оптимальные параметры ММБ (электрическая мощность, удельный импульс ЭРДУ, время транспортировки, количество рейсов, затраты рабочего тела ЭРДУ), реализующие максимум доставляемого полезного груза на рейсах «Земля-Луна-Земля» за проектный ресурс ММБ. Показано, что при отсутствии ограничений на время перелётов, стартовую массу ММБ при перелёте с Луны, удельный импульс ЭРДУ, мощность энергоблока, зависимость значений максимальной суммарной массы полезного груза, доставляемого на рейсе «Земля-Луна-Земля», находится в диапазоне, нижняя граница которого соответствует случаю транспортировки груза только на Луну, а верхняя граница диапазона - только с Луны.
Бесплатно
