Повышение эффективности многофункциональных электрических ракетных двигателей

Введение. В настоящее время для совершенствования электрических ракетных двигателей (ЭРД) и жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) для космических транспортных средств необходима разработка новых подходов и принципов построения. Надежды на качественный скачок в развитии космического двигателестроения связывают с разработкой и внедрением принципиально новых типов ЖРД, работающих на импульсно-детонационном горении [1]. В таких импульсно-детонационных ракетных двигателях (ИДРД) топливные компоненты будут периодически подаваться в камеру сгорания и химически реагировать в периодически инициируемых детонационных волнах [2]. Под действием сильного ударного сжатия химическая реакция в детонационной волне протекает в режиме самовоспламенения при высоких избыточных давлениях и температурах. Для эффективного преобразования химической энергии топлива в работу расширения в таких двигателях не требуется поддерживать очень высокое давление в камере сгорания и использовать высоконапорные турбонасосные агрегаты [3].

В литературе имеются публикации по экспериментальным исследованиям рабочего процесса в ИДРД, предназначенных для использования в качестве основных силовых установок космических аппаратов [1]. Другим привлекательным приложением для ИДРД является микро-ИДРД для коррекции положения и орбитальных перемещений ИСЗ. Ожидается, что благодаря высокой термодинамической эффективности цикла детонационного горения [2] и высокой повторяемости детонационных импульсов такие микро-ИДРД превзойдут существующие аналоги на только по конструктивным (технологичность изготовления, простота конструкции и др.) и функциональным (надежность, циклическая стабильность и др.) характеристикам, но и по удельным тяговым характеристикам (удельный импульс, удельная масса и др.) [3]. Облик микро-ИДРД до сих пор еще окончательно не определен. В настоящее время для коррекции положения и орбитального перемещения КА используются электрореактивные двигатели, обладающие следующими достоинствами:

• -    высокий удельный импульс, благодаря высокой скорости истечения рабочего тела, достигающего 10300 км/с, по сравнению с химическими ракетными двигателями (5 км/с) [4];

• -    меньший запас рабочего вещества (ЗРВ) и запас топлива по сравнению с химическим ракетным двигателем (РД), необходимый для нормальной работы в течение длительного времени эксплуатации КА;

• -    возможность многократного включения и выключения на всю программу работы от нескольких часов до нескольких сотен часов при управлении КА и перемещении в пространстве космического летательного аппарата (КЛА).

К недостаткам ЭРД относятся:

• -    низкая тяга (не более 100-200 Н), что существенно ниже, чем у химических РД;

• -    большой расход электроэнергии (10-100 кВт на 1 Н тяги);

• -    из-за малой плотности тяги ЭРД космический летательный аппарат (КЛА) имеет малое ускорение;

• -    влияние заряженных частиц на выходе за срезом сопла на работу КА, что требует компенсации их заряда.

В связи с отмеченными особенностями работы ЭРД, они применяются в основном для ориентации, коррекции орбит КЛА и других операций, не требующих больших затрат электроэнергии.

Однако электростатические, плазменные, созданные на эффекте Холла и другие ЭРД рассматриваются как перспективные в качестве основных двигателей КЛА. Из-за малой отбрасываемой массы рабочего тела с большой скоростью время непрерывной работы таких ЭРД будет измеряться месяцами и годами. Их использование вместо существующих химических РД позволит увеличить массу полезного груза КЛА, если будут разработаны новые способы повышения плотности тяги при создании эффективных моделей получения электрореактивной тяги, а также методы решения энергетических проблем ЭРД [5; 6].

Теоретическая часть. Задачей исследовательских работ в области создания электрореактивных ракетных двигателей является разработка новых принципов построения многофункциональных ЭРД, способных работать на нескольких режимах, например, в элек-трореактивном, импульсно-пульсирующем и импульснодетонационном, для решения различных задач с обеспечением требуемой удельной тяги и удельного импульса с использованием не только химической энергии топлива, но и электрической энергии пучков электронов и катионов, получаемых при разделении продуктов сгорания топлива в поперечном магнитном поле [7], что может повысить энергетическую эффективность и универсальность ЭРД [8], а также увеличить коэффициент полезной нагрузки, радиус действия и срок жизни КЛА.

РДУ аэрокосмических транспортных средств используют реактивную тягу Ft = -mv газового потока продуктов сгорания, получаемого за счет энергии сжигаемого углеводородного, химического или ядер-ного топлива [4-6]. При этом значительная часть электрической энергии, сосредоточенной в электрических зарядах электронов и положительно заряженных ионов продуктов сгорания, выбрасывается газовым потоком.

Известно соотношение электрического заряда и массы электронов, одновалентных анионов и катионов [11; 12]:

— = 9,6 - 10⁷ ; — = 1,78 - 10¹¹;

m p           m e

— = 9,6 -107 na ч; — = 9,6 -107 nk v ma               mk

Кл/кг,

где e = ± 1,6 - 10 ¹⁹ Кл - заряд электрона и протона соответственно; m„ =± 9,1 - 10 ^{- 31} кг и m „ =± 1,67 - 10 ^{- 27} кг = ep

= 1 а. е. м. (атомная единица массы) - масса электрона и протона соответственно; m_a , m k , n_a , n k - массы и массовое число аниона и катиона соответственно, П ае м = П - 1,67 - 10 ^{- 27} кг.

а.е.м.              ,

Поэтому от электронов и ионов может быть получено значительно больше электрической энергии, чем их кинетическая энергия в газовом потоке, создающем реактивную тягу.

Чтобы получить электрическую энергию из газового потока, представляющую собой нейтральную низкотемпературную плазму 2000-3000 К при давлении 20^10 5 Па [9; 10], необходимо ионизировать и разделить его на потоки заряженной плазмы - пучок ионов и пучок электронов. Для этого используем силу Лоренца, направляющую противоположно заряженные части в противоположные стороны F л . Силу электрического поля F e применяем для управления пучком заряженной плазмы и ускорения пучков [11; 12]:

F = q/ [ V i- B ] и F e = q i E ,             (2)

где q_i - электрический заряд иона, с учетом знака заряда; v_i - вектор скорости движения иона ионизируемой заряженной частицы, м/с; B - вектор индукции магнитного поля, взаимодействующего с движущейся заряженной или ионизированной частицей, Тл; E - вектор напряженности электрического поля, В/м.

Ионизация и разделение низкотемпературной, слабо ионизированной нейтральной плазмы [9] газового потока продуктов сгорания с помощью силы Лоренца может осуществляться только тогда, когда энергия, создаваемая силой Лоренца за счет кинетической энергии частицы в газовом потоке, превысит энергию ионизации этой частицы, и тогда ионизированная частица будет двигаться в направлении вектора силы Лоренца. Исходя из этих условий, составляем уравнение процесса ионизации, разделения газового потока и движения продуктов сгорания, используя [13-15]:

^Wл = q i [ v ^B ] r = mi- v ² >  A,          ⁽³⁾

где F_л - r i = W_л - энергия, создаваемая центробежной

v силой Лоренца, Дж; ---= r - радиус траектории 2пf движения заряженной частицы, м; f - частота ротации заряженной частицы, кг; vi - скорость движения частицы в газовом потоке, м/с; mi - масса частицы в газовом потоке, кг; Ai - энергия ионизации частицы в газовом потоке, Дж.

Учитывая, что энергия ионизации для образования двухвалентного иона более чем в два раза превышает энергию ионизации одновалентного иона, поэтому газовый поток в основном состоит из одновалентных ионов:

q i = ± ^e .

Требуемую скорость движения частицы в газовом потоке для ионизации определяют из выражения v > (Ai/ ml                       (4)

Скорость газового потока, состоящего из смеси частиц, задают по наибольшей скорости входящей в смесь частицы.

Формула необходимой индукции магнитного поля для разделения газового потока имеет вид

B >  vmj er i или >  ( A i m i )¹ / ²/ er i .         (5)

Она должна быть установлена по наибольшему произведению энергии ионизации и массы иона в смеси газового потока. Частота ротации в пучке, полученном разделением газового потока, рассчитывается по выражению f = B - e /2пm, = A1,2 /2пrm1/2.          (6)

На образующиеся пучки электронов и катионов продуктов сгорания воздействует электрическое поле силой F_e , которая помогает силе F _л отделять пучки электронов от катионов, увеличивая скорость заряженных частиц, повышая энергию пучков, и направляет пучки по вектору силы электрического поля F e . Движение заряженной частицы в потенциальном электрическом поле описывается уравнением [9; 12]

eU e = m i v ² /2,                  (7)

где U_e - напряжение (разность потенциалов) между электродами, образующими электрическое поле, В. Устанавливают необходимое напряжение, которое управляет пучком, и увеличивают на требуемое значение v_ie скорость движения заряженных частиц в пучке:

U e = m , v 2 /2 e ,                  (8)

v у = (2 eU E I m i )^1/2.                   (9)

Вылетающий из сопла ускоренный пучок положительно заряженных ионов продуктов сгорания со скоростью v_ky = V y создает реактивную тягу - импульс силы:

^F t = m k N k v ky ,                  ⁽¹⁰⁾

где m_kN_k - масса катионов в пучке, создающих реактивную тягу, кг; N_k - количество ионов, вылетающих из сопла за секунду.

Электроны, ускоренные напряжением UE, получают скорость vky в (mk / me )1/2 раз большую, чем ионы. Сила тока Iiy и электрическая мощность в электрической цепи Sэц, создаваемая движущимися ускоренными электрическими зарядами по прямолинейной траектории, вычисляется по выражениям

I y = en oi V y S_me^Jm p t ; (11)

S эц = ХД^ = I* Z p ( m G ), (12) где S_in = n r2_iN_Si - площадь поперечного сечения пучка; r_o – радиус заряженной частицы в ускоренном пучке; N_S – количество заряженных частиц в поперечном сечении пучка.

Напряжение, создаваемое ускоренным пучком в электрической цепи, преобразующей конвекционный ток заряженного пучка в электрическую мощность, можно описать уравнением Пуассона ( divgradU _t = p i ( m , x , y , z ) ) :

U₁₃ = P« d V = i ^эц 4 ns^J i r

• = P i v iy G эц Р эц ⁽ G ^{m )} e j ™ ^p t ■ ^exP^{( -} Г / D ), (13) - 3

где n_oi = r u p i = e ■ n_oi — концентрация частиц, размер заряженной частицы и плотность электрического заряда в пучке, Кл / м³; G _эц – геометрический параметр (длина, размеры, форма) электрической цепи, м ; m ₃ = 2 п f p - циклическая частота; Z_p ( m G )_эц = = ⁽ Р R + j ⁽ Р L ^-Р c )) l c I ^S ц = ^R + j ^{( m} i ^{L -} 1/ ^m L C ) ^- сопротивление на m _p электрической цепи, Ом; Р l = тР мп W²S мп / ¹ Мп ^- удельное сопротивление индуктивной части электрической цепи, Ом∙м; Р с = 1/ m j s _c - удельное сопротивление емкостной части электрической цепи, Ом∙м; l и S – длина и площадь электрической цепи; μ мп – магнитная проницаемость магнитопровода, Гн/м; W L – число витков индуктивной обмотки; S мп – площадь поперечного сечения магнитопровода, м²; l мп – длина магнитопровода, м; ε _c – диэлектрическая проницаемость диэлектрика в конденсаторе, Ф/м; Р _эц ( m L L ) - удельное сопротивление электрической цепи в резонансном режиме X L = X C , Омм Z_p ( m G )_эц = R + j ( m_p L - 1/ m_p C ) -сопротивление электрической цепи при рабочей частоте, Ом; D ® 5(T I n )^1/2 - радиус Дебая, учитывающий экранирование заряженных частиц в пучке нейтральными атомами рабочей среды [11]; Т – температура среды, К.

Теоретические основы электронной энергетики, преобразующей энергию электронных пучков в электроэнергию, рассмотрены в [13], возможные технические решения такого преобразования представлены в [16].

Масса электронов и их кинетическая энергия в 104–105 раз меньше, чем ионов, указанных в выражениях (1), (3), но частота ротации электронов, сила

1/2 I mk I тока электронного пучка в I — I    раз, а электриче-

I me )

Г mk )

ская мощность в I I раз больше, чем ионов, при- I me )

веденных в формулах (7), (9), (11), (12). Поэтому электроны выводятся из потока, создающего реактивную тягу, при этом тяга снижается менее чем на 0,1 %, а энергия электронного пучка превращается в электрическую мощность, за счет которой ускоряют пучок ионов (9), существенно увеличивая реактивную тягу (10).

Реализует предлагаемый способ получения из продуктов сгорания топлива электроэнергии и создает электрореактивную тягу устройство, функциональная схема которого представлена на рисунке [7].

Устройство содержит систему сжигания соответствующего топлива 1 , агрегат формирования потоков продуктов сгорания 2 , канал продуктов сгорания 3 , индуктор магнитного поля 4 , канал ионов продуктов сжигания 5 , электрический ускоритель положительно заряженных ионов 6 , магнитное сопло 7 , мембрану электронов 8 , которая пропускает электроны и не пропускает ионы и молекулы продуктов сгорания, аксиальный анод 9 , канал пучка электронов 10 , электростатический преобразователь энергии пучка электронов в электрическую мощность 11 , бортовую систему электропитания 12 , блок электростатических ловушек 13, накопитель - преобразователь электроэнергии 14 , положительно заряженные ионы 15 , выход нейтральных частиц из электростатических ловушек-рекуператоров энергии 16 , плазменное ядро 17 , блок аккумуляторов 18.

Работает данное устройство по предлагаемому способу [7] следующим образом. Из бортовой системы электропитания 12 подают напряжение холостого хода в индуктор 4, электрический ускоритель 6, аксиальный анод 9 и преобразователь 11. Топливо (углеводородное, химическое или ядерное) сжигают в системе 1 с образованием огненного ядра, при применении лазера Nal–Yag, работающего в импульсном режиме. При помощи агрегата 2 формируют поток продуктов сгорания с температурой 2000–3000 К при давлении порядка 2∙106 Па, который движется в канале 3 со скоростью νnc порядка 20 км/с и входит в магнитное поле индуктора 4, вектор магнитной индукции B которого ортогонален вектору скорости νnc. Кроме того, на газовый поток продуктов сгорания воздействуют резонансным СВЧ-излучением (показанным на рисунке в виде спиральных траекторий) частотой 34–37 ГГц, за счет которого образуется плазменное ядро 17, в котором происходит высокочастотная ионизация продуктов сгорания топлива. На основе плазменно-электронных энергетических технологий [8] разработаны способ генерации СВЧ-квантов с применением электронных пучков [17] и генератор СВЧ-квантов [18], которые могут быть использованы для создания резонансного СВЧ-излучения, работающего в миллиметровом диапазоне волн. В поле индуктора 4 под действием силы Лоренца (Fn = qi (vi ■ B), где qi – заряд электрона или катиона с учетом его знака) происходит разделение потока продуктов сгорания на электроны и катионы, движущиеся в противоположных направлениях. Под действием электрического поля ускорителя 6 в канале 5 образуется пучок катионов, движущихся со скоростью νk, ускоряясь электрическим полем ускорителя 6 до скорости νkу. Под действием электрического поля аксиального анода 9, ускоряющего электроны, проходящие через мембрану 8, которая пропускает через себя электроны и не пропускает через себя анионы, катионы и нейтральные частицы продуктов сгорания, рассеивающие электроны, образуется пучок электронов, движущихся в канале 10 со скоростью veу [8; 19]. Масса катионов mk в 104–105 раз больше массы электронов mе, поэтому кинетическая энергия катионов больше кинетической энергии электронов. Радиус траектории движения катионов rk ≈ 102 м больше радиуса траектории движения электронов rе ≈ 10–2 м, что позволяет им свободно переходить с одной силовой линии магнитного поля на другую. Частота ротации электронов fe ≈ 105 Гц

I mk I

больше частоты ротации катионов в I I раз, что I m e )

дает возможность воздействовать на них резонансным 1/2

СВЧ-полем. Вектор скорости ν в ^mk    раз больше,

I me )

чем вектор скорости νkу, что делает электроны более подвижными, чем катионы, и, соответственно, элек- трическая мощность ускоренного пучка электронов

в

или в

mk me

раз больше, чем электрическая мощность ускоренного пучка катионов, согласно расчетам [13]. Выделение пучка электронов практически не уменьшает кинетическую энергию потока продуктов сгорания, но электрическая мощность пучка элек-

• 1    mk1

тронов в ^k раз больше, чем у пучка катионов, I m e )

поэтому энергию электронного пучка превращают в электрическую мощность в преобразователе 11 путем двухполупериодного преобразования конвекционного тока и энергии электронного пучка в электрическую мощность, которое осуществляется следующим образом [16].

Функциональная схема устройства, реализующего создание электрореактивной тяги

Под действием положительной полуволны напряжения рабочей частоты бортовой системы электропитания 12 в преобразователе 11 конвекционный ток электронного пучка 10 переходит в ток проводимости, создавая соответствующую мощность, равную произведению силы тока на рабочее напряжение, которую используют для создания дополнительной электрореактивной тяги и трансформируют в бортовую систему [20] электропитания 12 для электроснабжения других систем летательного аппарата. При смене полярности полуволны напряжения преобразование конвекционного тока электронного пучка 10 происходит в другом плече симметричного трансформатора преобразователя 11 [8].

За счет полученной дополнительной электрической мощности ускоряют пучок катионов путем подачи необходимого напряжения с преобразователя 11 на электрический ускоритель 6 и аксиальный анод 9 . Получив ускорение, катионы входят магнитное сопло 7 , поверхность которого защищена продольным магнитным полем, вылетая из сопел, создают реактивную тягу, пропорциональную средней скорости ускоренного пучка катионов, рекомбинируемых в нейтральные частицы в электростатических ловушках-рекуператорах энергии катионов 13 . Энергия пучков катионов 15 , преобразованная в электростатическое электричество в электростатических ловушках-рекуператорах энергии путем электростатического торможения, подается в накопитель-преобразователь электроэнергии и используется в электроэнергетических процессах ЭРД.

Изменением напряжения преобразователя 11 регулируют скорость катионов v_ky, , электрически управляя электрореактивной тягой. Не использованную на электрореактивную тягу электрическую мощность, получаемую из электронного пучка, трансформируют в бортовую систему электропитания 12 для электроснабжения других систем космического аппарата [7].

В совокупности рекуперация энергии электронных и положительно заряженных ионных пучков может повысить электрическую мощность ЭРД [21; 22].

Для создания электростатических ловушек рекуперации энергии квазиуниполярных пучков электронов и ионов с высокой энергоемкостью был предложен генератор, сочетающий в себе электростатическое заряжающее устройство с электродами из углеродного материала, интегрированными с ионистор-ными конденсаторами, позволяющими преобразовывать энергию заряженных частиц и накапливать электростатический заряд с получением напряжения на электродах до 5 В и требуемой емкостью [23; 24], а также разработана модель преобразования энергии плазмы в электроэнергию [24].

Накопление заряда электростатической энергии за счет рекуперации энергии квазиуниполярного пучка

_ _ U2     , описывается выражением Q = C ■ -2- (Дж), где U -напряжение на электродах ионисторного конденсатора, В; C - емкость, Ф. Емкость определяется количе- ством заряженной энергии и определяется по формуле

C = I ■ U , где i - ток заряда; t - время заряда [25].

При взаимодействии положительно заряженного иона с электродами-коллекторами электростатической ловушки 13 его энергия должна быть в 2 раза больше энергии выхода электрона из вещества (например, из наномодифицированного углеродного материала, покрытого графеновой пленкой, из которого изготовлены электроды-коллекторы электростатической ловушки); e ■ U i >  W₀, где W ₀ - работа выхода; U i - потенциал ионизации [26].

Оценим энергетическую эффективность на конкретном примере. Допустим, сжигается L10 6 моля условного углеводородного топлива за секунду (это составляет 0,166^10-3 кг за 1 ч). На сжигание затрачивается три моля кислорода, в результате получают пять молей (3^1024 частиц) продуктов сгорания, из них два моля углекислого газа и три моля водяного пара. Поток продуктов сгорания за счет тепловой энергии удается разогнать до скорости 20 км/с, создавая реактивную тягу, примерно равную 29 кНю. Этой скорости (выражение (4)) вполне достаточно для ионизации углекислого газа (8 км/с) и водяного пара (12 км/с).

Индукция (см. формулу (5)) магнитного поля, разделяющего газовый поток на пучки электронов и ионов, устанавливается исходя из фактической скорости потока и желательной траектории движения пучков заряженных частиц, в особенности это важно для траектории электронов, чтобы войти в свой канал [8].

Задаем r_ie = 10 ^{- 2} м, требуемая индукция (см. формулу (5)) составляет 5,6^10^-6 Тл. Напряженность H и плотность энергии магнитного поля индуктора W_BH составляет 4,45 А/м и 2,5^ 10^-5 Дж/м³ в соответствии с выражением (14):

H = — и W_BH = — = B ■ H , Ц гп            ^ гп

где Ц гп - магнитная проницаемость газового потока, ~4лЛ0 ^{- 7} Гн/м.

При 100-процентной ионизации продуктов сгорания сила тока создается пучком электронов I e _П (составляет 1,5-10⁵ А) и пучком ионов 1_{К П} (составляет ~1,9 А). Ускоряющее напряжение, необходимое для увеличения скорости пучка катионов на 100 км/с, U ЕУ составляет ~2,3 кВ. Затраты электрической мощности на ускорение пучка катионов S_Ky = I_KU ЕУ на 100 км/с составляет ~1,45^10³ В^А = 1,45 кВ^А.

Электрическая мощность, создаваемая электронным пучком SB = IeUв и преобразуемая в электроэнергию под напряжением UЕ = UЕУ = 2,3 кВ (см. формулу (12)), составляет ~3,5^108 ВА.. Общая скорость вылетающего из сопла пучка катионов равна 120 км/с. Они создают импульс силы реактивной тяги порядка 174 Ню. Остальную электрическую мощность (SE - SKy), равную 108 В^А, но не используемую на ускорение пучка ионов, передают в бортовую систему электропитания 12 для использования в других системах транспортного средства. Предлагаемый способ создания электрореактивной тяги повышает энергетическую эффективность КЛА [7].

Таким образом, при работе ЭРД в электрореактив-ном режиме возможно повышение удельной тяги и энергообеспечения с сохранением высокого удельного импульса. При недостаточном энергообеспечении ЭРД для создания тяги необходимо использовать дополнительно импульсно-детонационный режим.

Для работы в импульсно-детонационном режиме (с частотой до 200 Гц) и импульсно-пульсирующем режиме (с частотой более 200 Гц) на ускоритель 6 положительно заряженных ионов или катионов подается напряжение U = 2–5 кВ со знаком (–) или со знаком (+) с требуемой частотой. При подаче напряжения со знаком (–) происходит ускорение потока положительно заряженной плазмы, истекающей через магнитное сопло 7 со скоростью до 100–300 км/с, за счет энергии детонационной волны и ускоряющего электрического поля. При подаче напряжения со знаком (+) на ускоритель 6 (см. рисунок) на огненное ядро в камере сгорания 1 оказывается воздействие ионизированно-термических волн, направленных со стороны плазменного ядра 17 . Такое взаимодействие продуктов неполного сгорания топлива и ионизированных положительно-термических волн может приводить к детонации и микровзрыву в агрегате формирования потока продуктов сгорания топлива 2 и созданию устойчивого детонационного режима горения в канале 3 [1]. В канале продуктов сгорания 3 могут происходить взрывчатые превращения при высокой энергетической напряженности с плотностью энерговыделения 10–10³ МДж/м³, со скоростью образования ударных волн 10³–10⁴ м/с [2], что обусловлено быстрым выделением энергии в ограниченном объеме, связанным с внезапным изменением состояния продуктов сгорания топлива, а также активацией их встречным потоком ионизированных частиц. Создание пульсирующего ускоряющего продольного электрического поля с определенной частотой со стороны ускорителя 6 позволяет работать ЭРД в импульсноциклическом или в импульсно-пульсирующем режиме, при этом импульсная работа лазера, используемого для поджига топлива в камере 1 , должна быть согласована с импульсно-детонационным процессом работы ракетного двигателя. При сжатии силовых линий поперечного магнитного поля, создаваемого индуктором 4 , энергия будет увеличиваться, и скорость движения электронов через электронную мембрану будет возрастать под действием ускоряющего электрического поля анода 9 , что будет способствовать увеличению преобразования энергии электронов в электрический ток.

При импульсном или импульсно-пульсирующем детонационном горении КПД двигателя может увеличиваться до 60–80 %, а тяга в 1,5–2 раза [1] за счет воздействия на продукты сгорания топлива энергии детонационной волны и ускоряющего напряжения на поток катионов.

Заключение. Предложенные способ создания элек-трореактивной тяги [7] и функциональная схема ЭРД могут позволить реализовать многофункциональный электрический ракетный двигатель, работающий в электрореактивном,  импульсно-детонационном и импульсно-пульсирующем режимах с использованием электромагнитной плазмодетонационной энергетической системы (ЭПЭС), генерирующей импульсное электромагнитное поле с рабочей частотой 1

f = _t , где t – длительность импульса. Создание многофункционального ЭРД будет способствовать решению различных задач при эксплуатации КЛА, например, с применением одного ракетного двигателя и разных компонентов топлива, отвечающих требованиям функционирования ЭПЭС. Для этого требуется проведение НИР с целью научного обоснования построения индивидуальных компонентов ЭПЭС и систем многофункционального ЭРД, обладающего высокой энергетической эффективностью за счет преобразования энергии заряженных частиц – электронов, катионов и положительно заряженных ионов, получаемых из продуктов сгорания топлива, в электрическую мощность, а также за счет управления процессами при помощи электромагнитных и электрических полей.

Для подтверждения теоретических разработок необходимо провести экспериментальные исследования работы усилителей-концентраторов электронов с электронными мембранами, а также преобразователей и рекуператоров энергии заряженных частиц, и в целом работы ЭРД в электрореактивном и импульсно-детонационном режимах.