Разработка физико-технических основ повышения ресурса стационарных плазменных двигателей второго поколения

Разработка физико-технических основ повышения ресурса стационарных плазменных двигателей второго поколения

Автор: Ким Владимир Павлович, Попов Гарри Алексеевич, Шилов Егор Андреевич, Козубский Константин Николаевич, Приданников Сергей Юрьевич

Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia

Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

Статья в выпуске: 4 (43), 2023 года.

Бесплатный доступ

В данной статье приведены результаты совместных работ Московского авиационного института и ОКБ «Факел» в части разработки физико-технических основ повышения ресурса стационарных плазменных двигателей (СПД) и показано, что положение зоны ускорения с основным падением потенциала тесно связано с областью максимальных значений индукции на срединной поверхности ускорительного канала в разряде СПД. Показано также, что, используя названную связь, можно смещать зону ускорения из конструкции двигателя, уменьшая потери ускоренных ионов и нейтрализующих их электронов на стенках, ограничивающих ускорительный канал, уменьшать соответствующие потери энергии и повышать ресурс двигателя. Разработана также базовая конструктивная схема СПД с магнитной системой, содержащей магнитные экраны, охватывающие разрядную камеру, позволяющая реализовать указанное смещение. Эта схема реализована в лётных образцах СПД второго поколения, успешно работающих в составе систем управления движением космических аппаратов.

Еще

Стационарный плазменный двигатель, электрическое поле, магнитное поле, основной разряд, положение зоны ускорения, управление рабочими процессами, повышение ресурса

Короткий адрес: https://sciup.org/143181061

IDR: 143181061

Список литературы Разработка физико-технических основ повышения ресурса стационарных плазменных двигателей второго поколения

  • Kim V.P., Kozubsky K.N., Murash-ko V.M., Semenkin A.V. History of the Hall thrusters development in USSR: Paper IEPC-2007-142 // Proc. 30th International Electric Propulsion Conference. Florence, Italy, 2007. Available from: http:// electricrocket.org/IEPC/IEPC-2007-142.pdf (accessed 16.07.2023).
  • Lev D., Myers R, Lemmer K., Kolbeck J., Keidar M., Koizumi H., Liang H., Yu D., Schonherr T., del Amo J.G., Choe W, Albertoni R., Hoskins A., Yan Sh., Hart W., Hofer R., Funaki I., Lovtsov A., Polzin K., Olshanskii A., Duchemin O. The technological and commercial expansion of electric propulsion in the past 24 years // Paper IEPC 2017-242. Proc. 35 International Electric Propulsion Conference, October 8-12, 2017, Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA. URL: https://www.researchgate.net/ publication/320755441_The_Technological_ and_Commercial_Expansion_of_Electric_ Propulsion _in_the_Past_24_ Years (accessed 16.07.2023).
  • Арцимович Л.А., Андронов И.М., Есипчук Ю.В., Барсуков Н.А., Козубский К.Н., Левченко Ю.М., Михайли-ченко В.А., Морозов А.И., Петров Е.М., Романовский М.К., Рылов Ю.П., Снарс-кий Р.К., Тилинин Г.Н., Трифонов Ю.В., Трофимов А.В., Ходненко В.П., Шаров Ю.А., Щепкин Г.Я. Разработка стационарного плазменного двигателя и его испытания на ИСЗ «Метеор» // Космические исследования. 1974. Т. XII. Вып. 3. С. 451-468.
  • Козубский К.Н., Мурашко В.М., Рылов Ю.П., Трифонов Ю.В., Ходненко В.П., Ким В.П., Попов Г.А., Обухов В.А. СПД работают в космосе // Физика плазмы. 2003. Т. 29. № 3. С. 277-292. EDN: OOMBBH
  • Архипов А. С., Ким В.П., Сидоренко Е.К. Стационарные плазменные двигатели Морозова. М.: МАИ, 2012. 291 с.
  • Ким В.П., Семёнкин А.В., Хартов С.А. Конструктивные и физические особенности двигателей с замкнутым дрейфом электронов. М.: МАИ, 2016. 160 с.
  • Горшков О.А., Муравлёв В.А., Ша-гайда А.А. Холловские и ионные плазменные двигатели для космических аппаратов / под ред. А.С. Коротеева. М.: Машиностроение, 2008. 317 с.
  • Морозов А.И. Фокусировка холодных квазинейтральных пучков в электромагнитных полях // Доклады АН СССР. 1965. Т. 163. № 36. 1363-1366.
  • Есипчук Ю.В. Исследование плазменных систем с замкнутым дрейфом электронов и распределённым электрическим полем // Плазменные ускорители. М.: Машиностроение, 1973. С. 75-84.
  • Kim V.P., Popov G.A., Kozubsky K.N., Murashko V.M., Khodnenko V.P., Nazaren-ko I.P. Alexey Morozov — leader of the SPT development in the USSR: paper IEPC-09-098 // Proc. 31st International Electric Propulsion Conference. University of Michigan, Ann Arbor, USA, 2009. URL: http://electricrocket.org/IEPC/IEPC-2009-098.pdf (accessed 16.07.2023).
  • Ерофеев В.С., Лесков Л.В. Хол-ловский ускоритель плазмы с анодным слоем // Физика и применение плазменных ускорителей. Минск: Наука и техника, 1974. С. 18-47.
  • Плазменные ускорители и ионные инжекторы: сборник статей / Под ред. Н.П. Козлова и А.И Морозова. М.: Наука, 1984. 272 с.
  • Белан Н.В., Ким В.П., Оранский А.И., Тихонов В.Б. Стационарные плазменные двигатели. Харьков: ХАИ, 1989. 315 с.
  • Есипчук Ю.В., Левченко Ю.М., Михайличенко В.А, Петров Е.М. Ускоритель с замкнутым дрейфом электронов (УЗДП) и большим градиентом магнитного поля // Тезисы докладов 2-й Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям. М.: Центр, 1973. С. 8-9.
  • Бишаев А.М., Ким В.П. Исследование локальных параметров плазмы в ускорителе с замкнутым дрейфом электронов и протяжённой зоной ускорения / / Журнал технической физики. 1978. Т. 48. № 9. С. 1853-1857.
  • Бишаев А.М., Ким В.П. Исследование влияния конфигурации стенок канала на распределение параметров плазмы в УЗДП // Источники и ускорители плазмы. Харьков: ХАИ, 1981. Вып. 5. 1981. С. 3-8.
  • Гаврюшин В.М., Ким В.П. О влиянии характеристик магнитного поля на параметры ионного потока на выходе ускорителя с замкнутым дрейфом электронов (УЗДП) // Журнал технической физики. 1981. Т. 51. № 4. С. 850-852.
  • Бугрова А.И., Ким В.П. Современное состояние физических исследований в ускорителях с замкнутым дрейфом электронов и протяжённой зоной ускорения // Плазменные ускорители и ионные инжекторы. М.: Наука, 1984. С. 107-129.
  • Ким В.П. О продольном распределении электрического поля в зонах ускорения плазменных ускорителей и двигателей с замкнутым дрейфом электронов // Физика плазмы. 2017. Т. 43. № 4. С. 406-418.
  • Морозов А.И. О равновесии и устойчивости потоков в ускорителях типа УЗДП // Плазменные ускорители. М.: Машиностроение, 1973. С. 85-91.
  • Морозов А.И., Есипчук Ю.В., Ти-линин Г.Н., Капулкин А.М., Смирнов В.А. Основные свойства плазменных колебаний в плазменных ускорителях с замкнутым дрейфом электронов и протяжённой зоной ускорения // Журнал технической физики. 1973. Т. 43. № 7. С. 1466-1475.
  • Морозов А.И., Есипчук Ю.В., Капулкин А.М., Смирнов В.А. Азиму-тально несимметричные колебания и аномальная электронная проводимость в ускорителях с замкнутым дрейфом электронов // Журнал технической физики. 1973. Т. 43. № 5. С. 972-982.
  • Есипчук Ю.В., Тилинин Г.Н. Дрейфовая неустойчивость плазмы в УЗДП // Журнал технической физики. 1976. Т. 46. № 4. С. 718-728.
  • Тилинин Г.Н. Экспериментальное исследование высокочастотных колебаний в УЗДП // Журнал технической физики. 1977. Т. 47. № 8. С. 1684-1691.
  • Kaganovich I.D., Smolyakov A., Raitses Ye., Ahedo E, Mikellides I.G., Jorns B, Taccogna F., Gueroult R., Tsikata S., Bourdon A., Boeuf J.-P., Keidar M., Powis A.T., Merino M, Cappelli M., Hara K., Carlsson J. A., Fisch N.J., Chabert P., Schweigert I., Lafleur T., Matyash K, Khrabrov A.V., Boswell R.W., Fruchtman A. Physics of E*B discharges relevant to plasma propulsion and similar technologies // Physics of Plasmas. 2020. № 27. 120601 URL: https://doi.org/ 10.1063/5.0010135 (accessed 16.07.2023).
  • Гришин С.Д., Ерофеев В.С., Жари-нов А.В. Ускорители с замкнутым дрейфом электронов // Плазменнные ускорители. М.: Машиностроение, 1973. С. 54-65.
  • Егоров В.В., Ким В., Семёнов А.А., Шкарбан И.И. Пристеночные процессы и их влияние на работу ускорителей с замкнутым дрейфом электронов // Ионные инжекторы и плазменные ускорители. М.: Энергоиздат, 1990. C. 56-68.
  • Kim V., Kozlov V., Semenov A., Shkarban I. Investigation of the boron nitride based ceramics sputtering yield under its bombardment by Xe and Kr ions: paper IEPC-01-073 // Proc. 27th IEPC, Pasadena, October 15-19, 2001.
  • Ким В.П. Анализ закономерностей износа изолятора, ограничивающего ускорительный канал УЗДП // Источники и ускорители плазмы. Харьков: ХАИ, 1982. Вып. 6. С. 7-17.
  • Латышев Л.А., Соколоверов А.П., Хартов С.А., Чуян Р.К. Поэтапная методика испытаний ускорителей с замкнутым дрейфом электронов // Ракетно-космическая техника. М.: НИИТП, 1991. Вып. 3(31). С. 71-78.
  • Kim V., Abgaryan V., Kozlov V., Skrylnikov A. Development of the accelerated test procedure for the SPT discharge chamber wall wearing during long thruster operation: Paper AIAA-2003-5003 // Proc. 39th Joint Propulsion Conference, 20-23 July, 2003, Huntsville, Al., USA, 2003. URL: https://doi.org/10.2514/62003-5003 (accessed 16.07.2023).
  • Ганзбург М.Ф., Кропоткин С.А., Мурашко В.М., Попов А.Н., Севастьянов В.И., Смоленцев А.А., Соколов А.В., Соколов Б.А., Сухов Ю.И. Итоги десятилетней эксплуатации электроракетных двигательных установок в составе двух телекоммуникационных космических аппаратов «Ямал-200» на геостационарной орбите // Космическая техника и технологии. 2015. № 4(11). С. 25-39. EDN: VECUHF
  • Ким В.П., Гниздор Р.Ю., Ермош-кин Ю.М., Меркурьев Д.В., Приданников С.Ю. Влияние состояния поверхности и геометрии выходных участков стенок разрядной камеры на характеристики стационарного плазменного двигателя при его длительной работе // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2018. № 12. С. 101-112. Режим доступа: https://doi. org/10.7868/S0207352818030046 (дата обращения 16.07.2023).
  • Patent US No. 10,082,133 B2. Int. Cl. F03H 1/00. Hall thruster with magnetic discharge chamber and conductive coating / Goebel D.N.; applicant — California Institute of Technology. Application No. 15/064,535 dated 08.03.2016. Date of patent 25.09.2018.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp