Солнечные тепловые ракетные двигатели с различными высокотемпературными источниками мощности

В статье приводится обзор космических тепловых ракетных двигателей, использующих концентрированную солнечную энергию как основной источник мощности. Рассматриваются солнечные тепловые ракетные двигатели (СТРД) разных схем, в том числе с дожиганием нагретого в системе «концентратор - приемник» (КП) водорода различными окислителями, образующими с водородом высокоэнергетические топливные пары с высоким значением соотношения массовых расходов компонентов, что позволяет уменьшить размерность системы КП. Показаны экстремальные зависимости тяги двигателя от удельного импульса при различных значениях температуры нагрева водорода и коэффициента избытка окислителя. Приводятся коэффициенты регрессионных зависимостей для КПД двухступенчатого приемника и приемника с предельной неравнотемпературностью нагрева, обладающим предельно возможной энергетической эффективностью. Приведены алгоритмы расчета основных проектных параметров СТРД в составе космического аппарата (КА) с учетом баллистических параметров многовитковой переходной траектории с множественными активными сегментами применительно к СТРД с энергетически выгодной неравнотемпературной системой КП. Также рассматриваются схемы двигателя с тепловым аккумулированием тепла и возможным дожиганием нагретого водорода. Тепловое аккумулирование позволяет накапливать энергию в светоприемнике-аккумуляторе во время пассивного движения на освещенных участках переходных орбит вне зависимости от условий освещенности апсидальных участков орбиты, на которых осуществляется включение двигателя. Для различного времени межорбитального перелета на геостационарную орбиту (ГСО) выбираются целесообразные теплоаккумулирующие фазопереходные материалы (ТАМ) типа эвтектического сплава бора и кремния, а также тугоплавкого оксида бериллия. Показаны основные характеристики разных схем СТРД в задаче выведения КА на высокоэнергетические орбиты типа ГСО. Приведена модель операции системы «КА-СТРД» с учетом баллистических параметров и возможностью аккумулирования тепловой энергии. Показано, что коэффициент избытка окислителя в СТРД с тепловым аккумулятором (ТА) возрастает при уменьшении времени межорбитального перелета. Рассмотрены схемы СТРД с двухступенчатым ТА, показывающим большую энергомассовую эффективность при умеренных значениях параметра точности солнечного концентратора.