Motor de plasma estacionario

El motor de plasma estacionario ( SPD ) es un motor cohete electrostático basado en el efecto Hall con salida de plasma neutro , desarrollado en la oficina de diseño experimental de Fakel con el apoyo científico del IAE que lleva el nombre de A.I. IV Kurchatova , MAI y NII PME [1] .

Cómo funciona

El motor de plasma estacionario es un motor cohete de efecto Hall electrostático con xenón como fluido de trabajo . Su principio de funcionamiento se basa en la interacción de partículas de plasma cargadas con campos eléctricos longitudinales y magnéticos transversales, es un motor con una deriva de electrones cerrada y una zona de aceleración extendida [1] .

El plasma de xenón se crea en el motor debido a la descarga de gas en el canal coaxial de la cámara de descarga. Debido a las características físicas de la descarga con una deriva electrónica cerrada, se produce una ionización casi completa del fluido de trabajo. Los iones se aceleran en un campo eléctrico a lo largo de la cámara de descarga, como resultado, un flujo dirigido de iones (chorro de plasma) sale de la cámara, lo que crea un empuje reactivo [1] .

Los electrones del plasma se desplazan en azimut e ionizan los átomos de xenón, algunos de ellos caen sobre el ánodo y la otra parte va junto con los iones al chorro de plasma. A la salida de la cámara de descarga, los electrones compensan el potencial eléctrico del flujo de iones y la carga espacial de forma que se satisface automáticamente la condición de igualdad a cero de la corriente eléctrica total del chorro de plasma que sale del motor. Debido a esto, el potencial eléctrico de la nave espacial solo difiere ligeramente del potencial del espacio circundante [1] .

La velocidad de escape, el empuje y el consumo de energía del chorro de plasma a la salida del motor están determinados por la diferencia de potencial que pasan los iones en el espacio de aceleración entre el ánodo y el cátodo. El empuje también depende del consumo del fluido de trabajo (xenón). Para un propulsor de plasma estacionario, el empuje es casi directamente proporcional al consumo del fluido de trabajo [1] .

Debido a la fuerte dependencia de la potencia del caudal del fluido de trabajo, cuando se crea un motor de plasma estacionario eficiente de baja potencia, es difícil proporcionar el campo magnético requerido en el canal de aceleración de dicho motor{{sfn|Kim| .

Historia

La idea de crear un SPD fue propuesta por A. I. Morozov a principios de la década de 1960. En 1968, el académico A.P. Aleksandrov y el diseñador jefe A.G. Iosifyan tomaron la decisión histórica de crear un sistema de propulsión correctiva (KDU) con SPT. El desarrollo del primer KDU y su integración en la nave espacial Meteor se llevó a cabo en estrecha colaboración con grupos de científicos y especialistas del Instituto de Energía Atómica que lleva el nombre de V.I. I. V. Kurchatova (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubsky), OKB Zarya (L. Novoselov) y VNIIEM (Yu. Rylov). En diciembre de 1971, el sistema de propulsión con SPT - KDU "Eol" se lanzó con éxito al espacio como parte de la nave espacial "Meteor". En febrero-junio de 1972 se realizaron las primeras inclusiones y pruebas, demostrando la operatividad del SPT en el espacio y la compatibilidad con naves espaciales en órbitas cercanas a la Tierra. La altura de la órbita se elevó en 17 km.

En 1974, se probó con éxito el motor de plasma Eol. A principios de la década de 1980, Fakel Design Bureau en Kaliningrado comenzó a producir en masa motores SPD-50, SPD-60, SPD-70 [2] . En 1982 se lanzó el primer satélite de SPD-70, Geyser No. 1, en 1994 se equipó el satélite de comunicaciones Gals-1 con un nuevo modelo SPD-100.

Desde 1995, SPT se ha utilizado en los sistemas de corrección de una serie de naves espaciales geoestacionarias conectadas como Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat desarrolladas por NPO Applied Mechanics , y desde 2003, como parte de satélites geoestacionarios extranjeros de el tipo Inmarsat , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 para resolver los problemas de llevar al " punto de operación ", estabilizar la posición en este punto, cambiar el "punto de operación" si es necesario, y retirarse de él en el fin de operación.

Para enero de 2012, se habían instalado un total de 352 motores SPT en naves espaciales lanzadas al espacio [3] .

Especificaciones

La especificidad de este motor, así como de otros motores de cohetes eléctricos , es una velocidad significativamente mayor de expiración del fluido de trabajo en comparación con los motores químicos utilizados anteriormente , lo que permite reducir significativamente las reservas del fluido de trabajo necesario para resolver los problemas anteriores. Su uso como parte de una nave espacial geoestacionaria permite aumentar la proporción de masa del equipo objetivo y el período de su existencia activa hasta 12-15 años. Debido a esto, la eficiencia del KA aumenta significativamente.

OKB "Fakel" produce varios motores que difieren en características de empuje, peso y tamaño, consumo de energía para varias naves espaciales [4] .

Modelo Objetivo Empuje, mN potencia, kWt Impulso específico, s Eficiencia de tracción, % Recurso, h Peso, kg Ejemplos de KA [3]
SPD-290 tareas de marcha y transporte de naves espaciales pesadas con una alta relación potencia-peso hasta 1500 5-30 hasta 3300 hasta 65 27000 23 como parte de la planta de propulsión eléctrica nuclear de la clase de megavatios [5] [1] [6]
SPD-230 etapas superiores para llevar la nave espacial desde un lanzador altamente elíptico a una órbita geoestacionaria hasta 785 hasta 15 hasta 2700 Hasta 60 25
SPD-200 ascenso adicional de una nave espacial desde una órbita de lanzamiento altamente elíptica a una geoestacionaria como parte de una etapa superior basada en un sistema de propulsión eléctrica con una potencia de 10 ... 15 kW 500 quince 2500 Hasta 60 18000 quince
SPD-140 transporte interorbital, corrección de la órbita de naves espaciales geoestacionarias pesadas 300 7 2000 > 55 10000 7.5 Eutelsat 172B [7]
SPD-25 [8] corrección de órbita, maniobras, orientación, estabilización de naves espaciales pequeñas (~100 kg de masa) 7 0.1 800 veinte 1500 0.3
SPD-50 EPS para naves espaciales pequeñas 14 [8] 0.22 860 26 ≥2500 1.23 Meteoro 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V
SPD-60 [9] EPS para naves espaciales pequeñas treinta 0.5 1300 37 2500 1.2 algunas naves espaciales de la serie Meteor
SPD-70 EP para vehículos espaciales medianos 40 0,66 1470 43 3100 2 Expreso-MD1 ,
KazSat-2 , …
SPD-100V EPS de varias naves espaciales 83 1.35 1600 45 >9000 3.5 Expreso-AM44 ... AMOS
-5 ...
PPS-1350-G Tecnología SPD-100 reproducida en Europa por Snecma Moteurs en virtud de un acuerdo entre OKB FAKEL y Snecma Moteurs 84 1.5 1668 46 7000 3.5 INTELIGENTE-1

Véase también

Notas

  1. 1 2 3 4 5 6 Pyatyakh y Rumyantsev, 2017 .
  2. Acerca de la empresa - JSC OKB "Fakel" . Consultado el 22 de agosto de 2019. Archivado desde el original el 10 de agosto de 2019.
  3. 1 2 Crónica de lanzamientos de naves espaciales con equipos de OKB Fakel (enlace inaccesible) . OKB Fakel. Consultado el 6 de diciembre de 2012. Archivado desde el original el 9 de mayo de 2013. 
  4. Motores de plasma estacionarios (enlace inaccesible) . OKB Fakel. Consultado el 1 de noviembre de 2017. Archivado desde el original el 31 de octubre de 2017. 
  5. Motores de iones, nucleares y de plasma para Rusia y EE . UU . Consultado el 22 de agosto de 2019. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2019.
  6. Producción de motores de plasma en Rusia - Rambler/noticias . Consultado el 22 de agosto de 2019. Archivado desde el original el 22 de agosto de 2019.
  7. Noticias. OKB "FALSIFICACIÓN". UN NUEVO RÉCORD PARA LA SUPERIOR DEL EUTELSAT SC POR MOTORES SPT-140 . www.roscosmos.ru Consultado el 1 de noviembre de 2017. Archivado desde el original el 1 de noviembre de 2017.
  8. ↑ 1 2 Productos (enlace inaccesible) . www.fakel-rusia.com. Consultado el 1 de noviembre de 2017. Archivado desde el original el 7 de noviembre de 2017. 
  9. SPD-60 (enlace inaccesible) . OKB Fakel. Fecha de acceso: 27 de mayo de 2014. Archivado desde el original el 27 de mayo de 2014. 

Literatura

Enlaces