Преобразование энергии пучков электронов в электрическую мощность

Актуальным является преобразование энергии пучков электронов, выделяемых, например, из плазменного ядра продуктов сгорания топлива электрических ракетных двигателей (ЭРД), в электрическую мощность. Решение этой проблемы путем разработки генератора электрического тока на потоке плазмы может позво- лить повысить энергетическую эффективность ЭРД за счет использования энергии концентрированных пуч- ков электронов, выделяемых из плазменного ядра продуктов сгорания топлива, для получения электрической энергии и напряжения электрического поля, которое, в свою очередь, может быть использовано для разгона ионизированного потока продуктов сгорания топлива. Полученную электроэнергию также целесообразно применять для выделения из плазменного ядра под действием электрического поля в поперечном магнитном поле пучков положительно заряженных ионов, которые позволят получить высокие скорости истекающей плазменной струи на срезе сопла. Такой подход дает возможность существенно повысить удельный импульс электрического ракетного двигателя, а также КПД космического летательного аппарата благодаря высокой скорости истечения рабочего тела, достигающего 10-300 км/с. Важную роль для эффективного преобразова- ния энергии заряженных частиц плазмы в электрическую мощность играет развитие методов рекуперации энергии путем применения графеносодержащих композиционных материалов с высокой проводимостью, электрической емкостью, прочностью и низкой газопроницаемостью для изготовления токопроводящих элек- тродов генератора электрического тока на потоке плазмы. Кроме того, для создания генераторов требуется повышение эксплуатационных характеристик электролитов суперионных проводников, которые широко могут применяться для производства емкостных накопителей электроэнергии и работать эффективно при температуре 150-300 ºС, в том числе в условиях воздействия космической среды. В качестве перспективных электролитов могут применяться полимерные твердые электролиты на основе лития, нитрида рубидия и др. Однако разработка генераторов электроэнергии для повышения энергетической эффективности ЭРД требу- ет проведения научных исследований методов изготовления их индивидуальных компонентов, а также схем построения перспективных ЭРД с целью эффективной передачи электрической (электромагнитной) энергии в кинетическую энергию ускоряемого рабочего тела. Важным при этом является исследование возможности использования энергии как ионизированных продуктов сгорания топлива, так и энергии заряженных частиц околопланетной плазмы для получения электроэнергии с высоким КПД при помощи генераторов электрическо- го тока на потоке плазмы с целью повышения энергетических характеристик ЭРД.