ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАКЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
(ЭРД),
ракетный
двигатель (РД), в к-ром в качестве источника энергии для создания тяги
используется электрич. энергия бортовой энергоустановки космич. летательного
аппарата (обычно солнечные или аккумуляторные батареи). Достоинство ЭРД
- в их высоком удельном импульсе (удельной тяге) благодаря большой скорости
истечения рабочего тела (РТ), достигающей 10- 100 км/сек.
По
удельному импульсу ЭРД многократно превосходят
химические ракетные двигатели,
у к-рых скорость истечения РТ не превышает 4,5
км/сек.
По принципу
действия ЭРД подразделяются на электротермич., элек-тростатич. (ионные,
коллоидные) и электромагнитные (плазменные).
В электротермич. РД электрич. энергия используется
для нагрева РТ с целью обращения его в газ с темп-рой 1000- 5000 К; газ,
истекая из реактивного сопла (аналогичного соплу хим. РД), создаёт тягу.
В качестве РТ используются вещества с малой мол. массой (напр., водород,
аммиак, гидразин), нагреваемые при помощи поверхностных нагревателей (рис.
1), дугового разряда (рис. 2) или (в экспериментальных ЭРД) высокочастотного
электромагнитного поля. Удельный импульс электротермич. РД составляет 1,5-10
(кн-сек)/кг,
плотность тяги (отношение тяги к поперечному сечению реактивной струи)
0,3-3 Мн/м2, время работы от неск. ч до неск. сотен ч.
В электростатич. (ионном) РД вначале производится
ионизация РТ, после чего ионы и электроны раздельно ускоряются в электростатич.
поле (при помощи системы электродов), а затем вновь перемешиваются для
нейтрализации объёмного заряда и, истекая, создают тягу (рис. 3). Различают
электростатич. РД с поверхностной ионизацией
и объёмной ионизацией
(электронным ударом); в качестве РТ в первых используется легко ионизируемый
цезий, во вторых - любые вещества с большой атомной массой (напр., висмут).
Вместо ионов в электростатич. РД могут ускоряться заряженные (напр., за
счёт контактной разности потенциалов при отрыве капли от поверхности электрода)
микроскопич. капли. Такие ЭРД наз. коллоидными. Значение ускоряющего потенциала
составляет для них ок. 10-20
кв (для ионных РД - 2-7 кв) при
плотности тока в неск. ма/см2.
Удельный импульс электростатич.
РД 15-100 (кн-сек)1кг, плотность тяги 30-50
н/м2,
время
работы - 1 год и более.
В электромагнитном РД рабочим телом является
плазма любого вещества, ускоряемая за счёт силы Ампера в скрещённых электрич.
и магнитном полях. Различают ЭРД с внеш. и собств. магнитным полем. К первым
относятся классич. Е-Н ускорители плазмы и т. н. холлов-ские ЭРД с замкнутым
дрейфом электронов; во-вторых, магнитное поле создаётся током, протекающим
в ускоряемой плазме; они подразделяются на импульсные и квазистационарные
ЭРД. Рабочий цикл импульсного ЭРД соответствует периоду электрич. пробоя
РТ (обычно фторопласта), при к-ром создаётся плазма; нач. потенциал пробоя
- неск. кв, удельный импульс 40-100 (кн-сек)/кг,
плотность
тяги 10-9-10-8 н/м3,
число циклов
ЭРД достигает 1 млн. В квазистационарном ЭРД с целью создания сильного
магнитного поля через РТ пропускается ток силой в десятки ка
и напряжением
в десятки в. Удельный импульс составляет 30-50 (кн-сек)/кг,
плотность
тяги неск. кн/м2, время работы - десятки
ч. О
типах плазменных ЭРД и методах создания плазмы в них см. в ст. Плазменные
ускорители.
Ограниченное применение ЭРД связано с необходимостью
большого расхода электроэнергии (10-100 квт
на 1 и тяги). Из-за
наличия бортовой энергоустановки (и др. вспомогат. систем), а также из-за
малой плотности тяги аппарат с ЭРД имеет малое ускорение. Поэтому ЭРД могут
быть использованы только в космич. легат. аппаратах (КЛА), совершающих
полёт либо в условиях слабых гравитац. полей, либо на околопланетных орбитах.
Они применяются для ориентации, коррекции орбит КЛА и др. операций, не
требующих больших затрат энергии. Электростатич., плазменные холловские
и др. ЭРД рассматриваются как перспективные в качестве основных двигателей
КЛА. Из-за малой отбрасываемой массы РТ время непрерывной работы таких
ЭРД будет измеряться месяцами и годами; их использование вместо существующих
хим. РД позволит увеличить массу полезного груза КЛА.
Идея использования электрич. энергии для
получения тяги выдвигалась ещё К. Э. Циолковским и др. пионерами космонавтики.
В 1916-17 Р. Годдард (США) подтвердил опытами реальность этой идеи. В 1929-33
В. П. Глушко (СССР) создал экспериментальный ЭРД. В 1964 в СССР на КЛА
типа "Зонд" испытаны плазменные импульсные РД, в 1966-71 на КЛА "Янтарь"-ионные
РД, в 1972 на КЛА "Метеор" - плазменные квазистационарные РД. Различные
типы ЭРД испытаны начиная с 1964 в США: в баллистическом, а затем в космич.
полёте (на аппаратах АТС, СЕРТ-2 и др.). Работы в этой области ведутся
также в Великобритании, Франции, ФРГ, Японии.
Лит.: Корлисс У. Р., Ракетные двигатели
для космических полетов, пер. с англ., М., 1962; ШтулингерЭ., Ионные двигатели
для'космических полетов, пер. с англ., М., 1966; Г и л ь з и н К. А., Электрические
межпланетные корабли, 2 изд., М., 1970; Гуров А. Ф., С ев рук Д. Д., С
у р н о в Д. Н., Конструкция и расчет на прочность космических электроракетных
двигателей, М., 1970; Фаворский О. Н., Ф и ш г о и т В. В., Я н т о в с
к и и Е. И., Основы теории космических электрореактивных двигательных установок,
М., 1970; Гришин С. Д., Л е с к о в Л. В., К о з л о в Н. П.. Электрические
ракетные двигатели, М., 1975. Ю. М. Трушин.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я