Разработка и исследование работы безрасходного катода-компенсатора в составе стационарного плазменного двигателя
Автор: Щербина П.А., Сишко И.Б., Титов М.Ю.
Журнал: Космическая техника и технологии @ktt-energia
Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Статья в выпуске: 2 (41), 2023 года.
Бесплатный доступ
Представлены предварительные результаты исследования применения термо -эмиссионного безрасходного катода в качестве катода-компенсатора (КК) стационарного плазменного двигателя (СПД). Исследования обусловлены необходимостью создания КК для СПД при работе на иоде. Рассмотрены свойства различных эмиссионных материалов. В качестве безрасходного КК предложено использовать боридные и металлосплавные катоды. Представлена методика расчёта проволочного безрасходного КК, включающая выбор местоположения КК, его размеры и ток накала. Описана экспериментальная установка для испытаний стационар -ного плазменного двигателя с безрасходным КК. Приведены результаты огневой работы двигателя СПД-70 с безрасходным КК. В целом возможность стабильной работы СПД с безрасходным КК подтверждается. Отмечено, что прикатодное падение потенциала оказалось выше расчётного и составило 47В.
Стационарный плазменный двигатель, катод-компенсатор, безрасходный термоэмиссионный катод
Короткий адрес: https://sciup.org/143180652
IDR: 143180652 | УДК: 629.78.036.74
Development and operation study of gas-free cathode-compensator as part of the static plasma thruster
Preliminary studies on using a thermionic gas-free cathode as a compensating cathode (CC) in a static plasma thruster (SPT) are presented. The study is due to the need to develop CC for SPT running on iodine propellant. Properties of various emission materials are discussed. Boride and metal-alloy cathodes are proposed to be used as a gas-free CC. A design procedure for wire type gas-free CC is presented, including the CC location, dimensions and filament current. An experimental setup for testing SPT with a gas-free CC is described. Fire test results of SPT-70 thruster with a gas-free CC are presented. Possibility of SPT with gas-free CC stable operation is generally verified. It is noted that the cathode potential drop happened to be higher than the design value and amounted to 47 V.
Список литературы Разработка и исследование работы безрасходного катода-компенсатора в составе стационарного плазменного двигателя
- Szabo J., Robin M., Duggan J., Hofer R. Light metal propellant Hall thrusters // Proc. of 31st International Electric Propulsion Conference, September 20—24, 2009, Ann Arbor, Michigan, USA, IEPC-2009-138. 12 p.
- Tirila V.-G, Hallock A., Demaire A., Ryan C. The investigation of alternative solid propellants in Hall thrusters // Proc. of 7th Edition of the Space Propulsion Conference, Virtual conference. 2021. 12 p.
- Munro-O'Brien T.F., Ryan C.N. Performance of a low power Hall effect thruster with several gaseous propellants // Acta Astronautica. 2023. V. 206. P. 257-273. URL: http://dx.doi.org/ 10.1016/j.actaastro.2023.01.033 (accessed 03.04.2023).
- Островский В.Г., Смоленцев А.А., Соколов Б.А., Черашев Д.В. Электроракетная двигательная установка на основе двигателей с замкнутым дрейфом электронов на иоде // Космическая техника и технология. 2013. № 2. С. 42-52. EDN: SPEABL
- Зараковский А.И., Румянцев А.В. Использование газообразного иода в качестве рабочего тела для стационарных плазменных двигателей // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Сер.: Физико-математические и технические науки. 2016. Вып. 1. С. 66-71. URL: https://journals.kantiana.ru/ vestnik/3065/8640/ (accessed 03.04.2023).
- Benavides G.F., Kamhawi H, Mackey J.A., Haag T.W., Costa G.C. Iodine Hall-effect electric propulsion system research, development, and system durability demonstration // Proc. of Joint Propulsion Conference, July 9-11, 2018, Cincinnati, Ohio, USA. 22 p. URL: https://ntrs.nasa.gov/ api/citations/20180006102/downloads/ 20180006102.pdf (accessed 03.04.2023).
- Thompson S, Farnell C., Farnell S, Williams D, Chandler J., Williams J. Evaluation of iodine compatible cathode configurations // Proc. of 36th International Electric Propulsion Conference, September 15-20, 2019, Vienna, Austria, IEPC-2019-768, 21 p. URL: http://electricrocket.org/2019/ 768.pdf (accessed 03.04.2023).
- Benavides G., Kamhawi H., Mackey J, Haag T. Démonstration of a 600 watt hybrid iodine-xenon electric propulsion system. GRC-E-DAA-TN55166. URL: https://ntrs. n asa.gov/api/citation s/20180004 736/ downloads/20180004736.pdf (accessed 03.04.2023).
- Клименко Г.К., Коновалова А.И., Ля-пин А.А., Островский В.Г., Сишко И.Б., Щербина П.А. Исследование возможности создания безрасходного катода-компенсатора электроракетного двигателя // Известия РАН. Энергетика. 2018. № 2. С. 93-97. EDN: YWSMLA
- Кудинцева Г.А., Мельников А.И., Морозов А.В., Никонов Б.П. Термоэлектронные катоды. М.-Л.: Энергия, 1966. 368 с.
- Шикова Т.Г. Технология и оборудование производства изделий электронной техники: учебное пособие. Иваново: Ивановский государственный химико-технический университет, 2003. С. 4-15.
- Дюбуа Б.Ч., Королёв А.Н. Современные эффективные катоды (К истории их создания на ФГУП «НПП «Исток») // Электронная техника. Сер.1: СВЧ-техника. 2011. № 1(508). С. 5-24. EDN: NSHUBZ
- Морозов А.И. Введение в плазмо-динамику. М.: Физматлит. 2006. 576 с.
- Плешивцев Н.В. Катодное распыление. М.: Атомиздат, 1968. 347 с.
- Добрецов Л.Н., Гомоюнова М.В. Эмиссионная электроника. М.: Наука, 1966. 564 с.
- Определение влияния струи плазмы электроракетного тягового модуля КА «Ямал» на системы и агрегаты аппарата с целью прогнозирования его эффективности при длительной работе: техническая справка / Под руководством Л.А. Латышева. Договор подряда № 2121/КС/07 от 01.09.1997. 42 с.
- Соколов Б.А., Щербина П.А., Сишко И.Б., Шиповский А.В., Ляпин А.А., Коновалова А.И. Экспериментальные исследования стационарного плазменного двигателя на иоде // Космическая техника и технологии. 2019. № 2(25). С. 81-90. EDN: RJCKUB
