Электрореактивные двигатели

[чайник17]

[На модели была достигнута разница потенциалов около 30000 вольт и получен поток частиц  перемещавшейся со скоростью 210000 м/с

А вчем смысл этих рекордов? Уже при 20км/с масса энергоустановки, хоть солнечной хоть ядерной, в разы первосходит массу рабочего тела необходимого  на несколько лет работы двигателя, а тут в десять раз увеличивают цену тяги.

Ого! Впечатляет. Тогда возможна такая схема: энергоустановка отдельно, аппарат - отдельна. Энергия передаётся на его борт по лучу лазера или микроволнам.

А Вы посчитайте размер пятна лазера при передаче, скажем, Земля-Марс и Вам откроется. 100-метровое зеркало возьмите от телескопа OWL, чтоб не мелочиться... я уж молчу про микроволны.

[pkl]

А зачем передавать с Земли на Марс? Дистанция может быть.... ну примерно как от Земли до Луны. Тогда достаточно 2 км фотоприёмника.

[Mark]

В прошлом году в НАСА объявили победителя конкурса на разработку нового типа двигателя для космических аппаратов. Это уникалны двигател каторый работает без электродов на силе Лоренца (ELF).

Электромагнитный плазмоидный двигатель (ЭПД) является революционным типом электрической двигательной установки и позволяет резко сократить массу космического аппарата, а также увеличить эффективность двигателей по сравнению с традиционными системами мощностью 500-1000 Вт. ЭПД имеет высокую удельную мощность (более 700 Вт/кг) и экономичность. Он позволит совершать беспилотные полеты к самым окраинам Солнечной системы: Нептуну, Плутону и Облаку Оорта. Кроме того, новый двигатель может питаться от солнечных панелей, что дает возможность быстро преодолеть расстояние до более близких объектов, например спутников Марса или астероидов.

В ходе второй фазы конкурса американское космическое агентство планирует испытать реальный прототип ЭПД со следующими характеристиками: вес 1,5 кг, мощность от 200-1000 Вт при 50-80 мН тяги и 1,5-4 тыс. секундах удельного импульса (в современных ионных двигателях около 3 тыс.).

http://rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2011/08/11/450792

[Chilik]

Электромагнитный плазмоидный двигатель (ЭПД) является революционным типом электрической двигательной установки

Посмотрел текст по ссылке. В принципе в плазменной науке и идея, и практические реализации известны давно. Будут ли какие-нибудь преимущества по сравнению с другими схемами плазменных двигателей - сказать не могу. Здесь очевидным достоинством является лёгкость регулирования тяги в широких пределах, поскольку всё определяется частотой повторения импульсов. Возможно, получится в некоторых пределах регулировать и Isp. Сходу из известных недостатков можно назвать эрозию электродов (исходный плазмоид генерируется обычно в коаксиальном сильноточном разряде, вот там электродики и горят).
В питерском физтехе есть штуковина подобного типа у Воронина, но он её делает для одиночных импульсов, поддержание плазмы в токамаке. Возможно, ещё где-то есть - техника довольно простая и много чисто технологических тонкостей и оптимизация под конкретную задачу. Кстати, непонятно, зачем им там магнитное сопло, про которое столько текста написано. У всех работает прекрасно и без него, правильно организованный плазмоид достаточно устойчив за счёт внутренних токов.

P.S. В очередной раз порадовался за наших научных журналистов.
http://rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2011/08/11/450792

... внутри конической камеры двигателя создается мощное напряжение токов внутри потока плазмы ...

Как представил муки творчества - аж слезу прошибло.

[Mark]

Ионно-плазменные двигатели с высокочастотной безэлектродной ионизацией рабочего тела[/size]
Государственный аэрокосмический университет, Харьков,   реферат .



 http://www.bestreferat.ru/referat-32582.html

[Salo]

http://zavjalov.okis.ru/glava20.html

Завьялов В.С. пишет:

Совместными усилиями Роскосмоса и Росатома вышло решение Президента от 22.06.10 г. о создании транспортно-энергетического модуля для пилотируемого полета на Марс – головной исполнитель РКК «Энергия». Для него создается ядерная энергодвигательная установка мегаваттного класса – головной исполнитель Центр Келдыша. Разработка ядерного реактора за предприятиями Росатома. Здесь много странного. Пилотируемый полет на Марс будет, скорее всего, международным или американским. Российская космонавтика па это не способна. К тому же пилотируемый полет на Марс для безопасности экипажа будет без ядерного реактора. В космосе итак есть радиационное излучение, от которого нужно защищать человека. Но сейчас не об этом. На транспортном модуле предполагается использовать вместо ЖРД электрические двигатели холовского типа, размерностью на два порядка более мощных, чем существующие. О трудностях в создании таких двигателей и установки по преобразованию тепловой энергии ядерного реактора в энергию электрическую, я уже писал в главах 11 и 18. Сейчас хочу обратить внимание на один момент. Более 10 лет назад на НТС по ЭРД Центра Келдыша А.С.Коротеев предложил КБХМ открыть НИР по разработке ЭРД мощностью 5 квт. (~50 г. тяги). Нарисовать и изготовить такой двигатель – вопросов не было. Нужна была экспериментальная база для отработки такого двигателя с перспективой перехода в будущем на ОКР. По нашим подсчетам на испытательной станции должно быть 3-5 барокамер объемом до 1000 куб.м. с криогенными насосами для поддержания вакуума при работающем двигателе. Двигатели холовского типа можно испытывать только в вакууме. Наша испытательная станция расположена рядом с Центром управления полетами и другими зданиями ЦНИИМАШ, поэтому мы были заинтересованы в возможности перевода станции на отработку экологически чистых двигателей. Потребители ЭРД требовали подтверждения ресурса не менее 10 000 часов. Элементарные расчеты показали, что сооружение такой станции обойдется в сумму превышающую возможности НИР в десятки раз, а для ОКР нужно постановление правительства. Кроме того стоимость испытаний ЭРД такой размерности оказалась на два порядка выше стоимости испытаний ЖРД размерностью до 2-х т. Она образовалось из необходимости обеспечения непрерывной работы стендов больше года для проверки и подтверждения ресурса 10 000 часов, включая стоимость электроэнергии и стоимость ксенона. Сейчас Центр Келдыша предлагает использовать в транспортном модуле ЭРД размерностью на порядок больше, чем ранее предлагалось КБХМ. В России единственным разработчиком ЭРД является КБ «Факел», но его Центр Келдыша не включает в свою кооперацию. Ресурс 10 000 часов КБ «Факел» подтверждает только для ЭРД тягой до 10 г. Для проведения ресурсных испытаний ЭРД большей мощности, предлагаемых Центром Келдыша, в КБ «Факел» нет экспериментальной базы, как и во всей России, не знаю, как в остальном мире. В общем, создание модульных ЭРД такой размерности не только нереальна, но и не нужна экономически. Но деньги из бюджета по транспортному модулю запланированы до 18 г., а там, как говорил Насреддин, или ишак помрет, или шах.

[G.K.]

У всех работает прекрасно и без него, правильно организованный плазмоид достаточно устойчив за счёт внутренних токов.

Десятки секунд прожить может?

[Chilik]

Десятки секунд прожить может?

Всё зависит от размеров и энергетики.
Нынешние - нет. Можно ли масштабировать так, чтобы получились секунды - не знаю, конкретно этим как-то не интересовался. Там тупо для увеличения времени жизни нужно уменьшать сопротивление плазмы, то есть увеличивать её температуру. Скорее всего, вылезет какая-нибудь очередная гадость, с которой нужно будет мучительно бороться.
Но скорости движения компактных тороидов масштаба 250 км/с получаются достаточно непринуждённо. Скажем, вот тут: http://www.iccworkshops.org/icc2011/abstract.php?view=241 люди сталкивают две штуки в центре установки и дальше с этим развлекаются. Само метание плазмоидов у этих ребят просто способ создать нужную конфигурацию плазмы в ловушке. На самом деле в качестве двигателя большие времена и не нужны, требуется сформировать плазмоид и ускорить его. А дальше он должен прожить ровно столько, чтобы уйти от КК и забрать с собой положенный импульс. Потом - пофиг, пусть распадается.

[Salo]

http://www.spacenews.com/satellite_telecom/120903-boeing-build-intelsats-1st-epic-satellite.html

For El Segundo, Calif.-based Boeing, the Intelsat order is the final chapter in a four-satellite contract signed in mid-2009 that permitted the manufacturer to inaugurate what is now its showcase commercial product, the updated 702B platform and its several variations.

The company has since booked orders for three high-power 702 satellites, all in Ka-band, fr om mobile services satellite operator Inmarsat of London. More recently, Boeing introduced an all-electric variant of the 702 line, the 702SP, that offers substantial weight savings on satellites by replacing chemical propellant with an all-electric design.

The weight savings then can be used to lower launch costs. The first two 702SP customers, ABS of Hong Kong and Satmex of Mexico, have teamed up to purchase a total of three or four 702SP satellites, with the first two to be launched together on a Falcon 9 rocket operated by Space Exploration Technologies Corp. of Hawthorne, Calif.

Fitting these two satellites in a single Falcon 9 would not have been possible without an all-electric propulsion system.

Intelsat and other prospective customers of the all-electric-propulsion design have questioned whether the several months it takes for one of these satellites to climb from the transfer orbit wh ere it is dropped by its launch vehicle into final geostationary position might not expose its solar arrays and electronics to excessive radiation found at the altitudes along the way.

A satellite using conventional chemical propellant burns several hundred kilograms of fuel to reach its final orbit in a matter of days.

Cooning said Boeing has accounted for this in its 702SP design.

"Boeing has significant experience with MEO [medium-Earth orbit] satellites such as GPS and ICO, which face much more severe environments than the six months of orbit-raising for the 702SP," he said. ICO was a proposed 12-satellite MEO constellation on which Boeing was prime contractor. Only one spacecraft was launched and the business has since shut down with the remaining satellites in storage.

"This experience has been leveraged for the 702SP," Cooning said. "We have designed the solar array to account for the time spent in transfer orbit, and incorporated the appropriate shielding into the spacecraft to protect the electronics."

Cooning said Boeing is pursuing "multiple opportunities" for additional 702SP orders that have arisen since the ABS/Satmex contract announced in March. "The ability to dual manifest on the Falcon 9, and the available payload power of around 8 kilowatts, is economically compelling," he said.

[Salo]

anik пишет:

http://zakupki.gov.ru/pgz/public/action/orders/info/order_document_list_info/show?notificationId=3885317

"Создание космического комплекса "Енисей-А1" для экспериментальной лётной отработки и квалификации новых технологий и средств спутниковой связи и ретрансляции, модуля служебных систем"

2.1 Цель выполнения ОКР – создание космического комплекса с экспериментальным КА на геостационарной орбите массой до 4000 кг, оснащённым апогейной электроракетной двигательной установкой на базе электрореактивных двигателей типа М 140, и экспериментальной системы персональной подвижной спутниковой связи для лётной отработки и квалификации новых технологий и средств спутниковой связи и ретрансляции, модуля служебных систем.

2.4.1 КК с экспериментальным КА на геостационарной орбите предназначен для лётной отработки и квалификации:
•      новых технологий и средств спутниковой связи и ретрансляции:
-      экспериментальной системы персональной подвижной спутниковой связи;
-      крупногабаритных трансформируемых антенн с рефлектором диаметром до 18 м;
-      ретранслятора фиксированной спутниковой связи, включая контурные и многолучевые антенны (по результатам разработки и проведения наземной экспериментальной отработки в ОКР "Прибор", ОКР "Перспектива-СВ";
•      модуля служебных систем (по результатам отработки и проведения наземной экспериментальной отработки в ОКР "Экспресс-М" и базовых элементов двухфазных систем терморегулирования, тепловых труб, капиллярных насосов (по результатам разработки и проведения наземной экспериментальной отработки в ОКР "СТР с ДФК".

3.2.1.2 Точка стояния ЭКА на ГСО - 95° в.д.

[Salo]

http://www.laspace.ru/rus/news.php#403

27.11.2012
Молодежь создает свой спутник

Научная секция Совета молодых работников (СМР) ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» занимается разработкой малого космического аппарата (МКА) с электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ).

Летом этого года научная секция СМР ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» участвовала в совместном форуме с ОАО «ИСС имени ак. М.Ф. Решетнева», проходившем в Анапе. Там наши ребята представили проект МКА с ЭРДУ, который получил развитие и после окончания форума. Один из вариантов КА был представлен на межотраслевом конкурсе, проходившем на ВВЦ и организованном МАИ, где занял второе место. На этом молодые ученые не собираются останавливаться.

По словам руководителя научной секции СМР ФГУП «НПО им. С.А. Лавочкина» Александра Шаханова, цель работы — включение данного аппарата в Федеральную космическую программу (ФКП) и дальнейшая реализация проекта. Проект поддерживает руководство НПО Лавочкина, ученые Института космических исследований РАН и специалисты ЦНИИмаш. Для того, чтобы выйти с предложением о включении данного МКА в ФКП, необходима его детальная проработка. В 2013 году запланирована научно-исследовательская работа по малому космическому аппарату с маршевой электроракетной двигательной установкой совместно с НИИ ПМЭ МАИ и Центром Келдыша. Молодым инженерам предстоит еще раз рассмотреть все особенности проекта, его облик, эффективность и задачи, которые может выполнить данный аппарат.

 «Малый аппарат будет создан на основе платформы МКА-ФКИ «Карат», - объяснил Александр Шаханов. - Часть решений будут новыми. Предполагается выведение данного малого аппарата вместе с тяжелым аппаратом. После вывода на опорную орбиту с помощью собственного электроракетного маршевого двигателя этот КА может выполнить довыведение на различные орбиты. В том числе, нами рассматривался вариант перелета к Луне, в точку Лагранжа L1. Такой спутник может быть использован для исследования комет, астероидов, в том числе и Апофиса. Применение КА зависит от целевой аппаратуры, которая будет установлена на платформу служебных систем, разрабатываемую командой ученых НПО им. С.А. Лавочкина. Чтобы этот проект состоялся, нужна яркая целевая задача, которую этот аппарат может выполнить более эффективно, нежели тяжелые большие космические аппараты».

В ноябре представители научной секции СМР нашего предприятия побывали в Красноярске на XVI Международной научной конференции «Решетневские чтения», где представили свои доклады. Кроме того, молодым ученым удалось встретиться и обсудить совместный проект микрокосмического аппарата «ДОСААФ-85» с молодежью ИСС Решетнева в Железногорске. На этот аппарат планируется установить ряд систем для получения их летной квалификации с применением в дальнейшем на других проектах НПО Лавочкина, в том числе и в КА с маршевой электроракетной двигательной установкой. Пуск предполагается весной 2014 года попутным запуском вместе с аппаратами «Гонец-М» на РН «Рокот».

[Salo]

http://www.spaceflightnow.com/news/n1211/26electra/#.ULTqzflAcqE

Europe eyes commercial demo of electric propulsion
BY STEPHEN CLARK
SPACEFLIGHT NOW
Posted: November 26, 2012


The European Space Agency will pursue a public-private partnership to develop and demonstrate all-electric propulsion on a commercial communications satellite, answering a call fr om operators seeking lower launch costs and longer satellite lifetimes.


Artist's concept of the Small GEO platform built by OHB AG, which could be used for a demonstration of a European all-electric satellite platform. Credit: OHB AG
 
 The decision made by ESA member states on Nov. 21 also responds to Boeing's announcement in March of a satellite platform with all-electric propulsion, a potential game-changer for satellite owners.

The member states agreed on a framework for a public-private partnership between ESA and industry on the Electra program, an initiative to develop a telecommunications satellite bus with fully electric propulsion.

"Electric propulsion will be a big step forward for the satellite business, by advancing miniaturization and reducing business risk," ESA member states said in a communique issued after the decision.

SES of Luxembourg, one of the world's largest commercial satellite operators, is internally discussing a proposal for a low-mass communications satellite relying entirely on electric propulsion, according to a company official.

ESA would contribute public financing through the Advanced Research in Telecommunications Systems program, which provides financial and technical support toward research, experimentation, and communications satellites incorporating innovative technologies. ESA member states approved a new section of the ARTES program last week, allowing for industry-proposed programs like Electra.

The public-private partnership would funnel ESA funding into the program to reduce the financial risk taken by SES and OHB AG, the probable contractor for the Electra program.

"This is a very broad and fundamental innovation for geostationary satellites," said Mario Fuchs, CEO of OHB AG of Bremen, Germany. "What is new now is it is being implemented in the commercial world."

Ion propulsion has powered interplanetary probes, Earth observation satellites, and it has been employed for stationkeeping maneuvers on geostationary communications satellites.

Commercial communications satellites today carry several tons of liquid propellant to propel themselves into geostationary orbit over the equator, wh ere a satellite's speed matches the rate of Earth's rotation, making the craft appear to hover over a fixed location.

After launching from Earth on a large rocket, communications satellites are usually released in temporary oval-shaped, elliptical parking orbits because most launchers are not powerful enough to deploy a sizable craft in its operating position 22,300 miles up.

Next-generation satellites with all-electric propulsion will not carry liquid propellant or conventional rocket jets, but they will use ion thrusters fueled by xenon gas to reach operating posts in geostationary orbit.

Satellite builders can remove fuel tanks and plumbing from all-electric platforms, making more room for communications payloads or allowing the spacecraft to fly on smaller, less expensive rockets.

Boeing's satellite division announced in March the first contract for an all-electric version of its Boeing 702 satellite platform. Each of the Boeing satellites will weigh about 4,000 pounds, or less than 2 metric tons.

The first two confirmed all-electric Boeing 702 satellites - Satmex 7 and ABS-3A - will launch together from Cape Canaveral, Fla., on a single SpaceX Falcon 9 rocket in late 2014 or early 2015.

Two other unidentified satellites for Satmex and Asia Broadcast Satellite could launch together in 2015 on another Falcon booster.

One drawback of an all-electric satellite is the time required for orbit-raising with ion thrusters, which are more efficient but generate much less thrust than conventional chemical propulsion engines.

Instead of arriving at an operating post several weeks after launch, all-electric communications satellites will take up to six months to reach geostationary orbit.

Fuchs said OHB expects to be the prime contractor for the Electra satellite program, with SES as its first commercial operator. According to Fuchs, the all-electric satellite would be based on a new small geostationary satellite bus named Small GEO under development by OHB in a separate public-private partnership with ESA.

The first Small GEO satellite, built in partnership with Spanish operator Hispasat, will launch with conventional propulsion in late 2014 on an Ariane 5 rocket.

[Salo]

Кстати на ГПО наклонением 51,6 градуса связка Союз-2/Фрегат выводит около 3 тонн.
С электрореактивной апогейной ДУ это может быть спутник связи среднего класса. А при оснащении такой ДУ КА Глонасс-К их можно будет пускать на Союзе-2/Фрегате парами.

[ZOOR]

Salo пишет:
А при оснащении такой ДУ КА Глонасс-К их можно будет пускать на Союзе-2/Фрегате парами.

Ну зачем-же Фрегат расходовать. С-2-1в вполне хватит.
А одиночные пуски можно Рокотом проводить (смайлик с выпученными глазами)

[Salo]

Рокот одиночный пуск не потянет, да и Союз 2-1В тоже. А вот Ангара 1.2 смогЁть. Как только орбиту назвать? Глонассопереходная?

ЗЫ: А Союзом-2 можно и тройку зафутболить, если конечно поднапрячься.

[Salo]

Кстати это также неплохой вариант для Наземного старта на Байконуре: можно пускать парами боинговские 702SP массой по 1800 кг.

[Salo]

С недобором 1800 м/с (американская ГПО) Зенит с Байконура выводит не менее 4250 кг.

[Иван57]

Chilik пишет:

Десятки секунд прожить может?

Всё зависит от размеров и энергетики.
Нынешние - нет. Можно ли масштабировать так, чтобы получились секунды - не знаю, конкретно этим как-то не интересовался. Там тупо для увеличения времени жизни нужно уменьшать сопротивление плазмы, то есть увеличивать её температуру. Скорее всего, вылезет какая-нибудь очередная гадость, с которой нужно будет мучительно бороться.
Но скорости движения компактных тороидов масштаба 250 км/с получаются достаточно непринуждённо. Скажем, вот тут: http://www.iccworkshops.org/icc2011/abstract.php?view=241 люди сталкивают две штуки в центре установки и дальше с этим развлекаются. Само метание плазмоидов у этих ребят просто способ создать нужную конфигурацию плазмы в ловушке. На самом деле в качестве двигателя большие времена и не нужны, требуется сформировать плазмоид и ускорить его. А дальше он должен прожить ровно столько, чтобы уйти от КК и забрать с собой положенный импульс. Потом - пофиг, пусть распадается.

Хм... Чтобы увеличить время жизни тороида нужно поднять температуру...
А что будет, если температура будет под миллиард градусов и приличное время жизни?
Возможный ответ: термоядерная реакция. Разрушит она тороид или упрочнит?

[AlexB14]

Старый пишет:

Долго ржал под столом. Сначала утверждение, не подкрепленное фактами.
Затем выпрашивание этих фактов у публики.
Железная логика!

То что ЭРД тяжелы и тяга их не превышает 0.01 от массы - факт общеизвестный. Спрашивали только точные цифры.

Вот только что-то этот "общеизвестный" факт не соответствует тому, что излагается в литературе. Там в частности говорится, что с ростом мощности ЭРД растут все энергомассовые характеристики. И масса, в частности, растёт отнюдь не опережающими темпами. Сравните, Старый, Вашу цифирь с тем, что можно обнаружить на этом рисунке: http://users.gazinter.net/fakel/spd290.html. Вообще, малая тяга ЭРД - это общепринятое для наших форумчан заблуждение. У ЭРД нет проблем с тягой. У них и без тяги проблем достаточно. Наибольшая из них - источник необходимой энергии.  

[Salo]

АВИАЦИОННО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ. – Харьков, НАУ ХАИ, 2011. - № 4(81).

Белик А.А.,  Егоров Ю.Г.,  Кульков В.М.,  Обухов В.А.
Анализ проектно-баллистических характеристик комбинированной схемы выведения космического аппарата на геостационарную орбиту с использованием ракет-носителей среднего класса

http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/AkTT/2011_4/Belik.pdf