Электрореактивные двигатели

[Алексей Любопытный]

Термодинамическая схема.

[Chilik]

Zveruga пишет:
... электроны из гиротрона скорее всего пойдут на анодную сетку ...

любопытный поворот задачи.

[zandr]

http://russian.news.cn/2017-04/14/c_136209230.htm

Китай оснастил спутник связи ионным электрическим двигателем
Ланьчжоу, 14 апреля /Синьхуа/ -- Ионный ракетный двигатель, самостоятельно разработанный китайскими учеными, впервые был установлен в Китае на недавно запущенном телекоммуникационном спутнике сверхскоростной связи "Шицзянь-13".
Спутник "Шицзянь-13" был успешно запущен с космодрома Сичан в провинции Сычуань /Юго-Западный Китай/ 12 апреля в 19:04.
"Шицзянь-13" является первым китайским спутником, оснащенным электрическим двигателем. Это позволяет потенциально увеличить эффективность аппарата в 10 раз по сравнению со спутниками на химическом топливе, продлить срок эксплуатации спутника и уменьшить стартовый вес.
Ланьчжоуский институт физики приступил к разработке ионного двигателя для "Шицзянь-13" в марте 2011 года и завершил эту работу в апреле 2016 года.

Спойлер

Ионный двигатель способен преобразовывать неистощимую энергию Солнца в реактивную энергию, благодаря чему спутник может выполнять маневры, сообщил директор данного института Чжан Вэйвэнь.
Технологии электрического двигателя /ЭРД/ позволяют не нагружать спутник большим количеством химического топлива, а ионный двигатель помогает осуществлять точную локализацию в космическом пространстве, указал он.
"Шицзянь-13" способен передавать до 20 гигабайт данных в секунду, благодаря чему его возможности передачи данных превосходят возможности всех ранее произведенных и запущенных Китаем спутников связи вместе взятых. Новый спутник улучшит доступ к Интернету в слаборазвитых регионах, а также будет обеспечивать покрытие в самолетах и высокоскоростных поездах.

[свернуть]

[Salo]

zandr пишет:
https://www.iss-reshetnev.ru/media/newspaper/newspaper-2017/№7(423).pdf

ЦЕЛЬ – СОВЕРШЕНСТВО
 Топливный бак для новых «Экспрессов» успешно прошёл испытания.
Специалисты «ИСС» завершили лабораторноотработочные испытания металлокомпозитного ксенонового бака для новых спутников связи «Экспресс-80» и «Экспресс-103». Результаты проведённых испытаний показали, что прочность стенок топливного резервуара более чем втрое превышает уровень давления, под которым в него будет закачан ксенон. Такое усовершенствование конструкции бака было достигнуто одновременно с уменьшением его массы и размеров. Произведённая решетнёвцами доработка бака позволяет увеличить количество заправляемого в него ксенона до 300 кг. Это топливо предназначено для двигателей подсистемы коррекции, с помощью которых спутники «Экспресс-80» и «Экспресс-103» будут довыводиться с переходной орбиты на целевую. Такая схема, когда спутники «доходят» до точки стояния за счёт собственных двигателей, впервые в рамках этого проекта будет применена на космических аппаратах среднего класса. (Ранее она была успешно использована на крупногабаритных спутниках «Экспресс-АМ5» и «Экспресс-АМ6»). Кстати, и ксеноновый бак новой конструкции также будет впервые установлен на аппараты средней размерности. После лабораторноотработочных испытаний ёмкость для ксенона пройдёт комплекс проверок, призванный ещё раз подтвердить все характеристики, заложенные в эту инновационную разработку предприятия. Такая тщательная отработка преследует цель гарантировать успешный парный запуск спутников «Экспресс-80» и «Экспресс-103», оснащённых большим количеством полезной нагрузки.

[Salo]

https://ria.ru/space/20170721/1498913873.html

В России создадут геликонный сеточный двигатель для спутников
14:14 21.07.2017

ЖУКОВСКИЙ, 20 июл — РИА Новости. В России проработаны основные решения для создания уникального геликонного сеточного двигателя для использования с 2020 года на борту спутников для поддержания его орбиты или выполнения межорбитальных переходов, сообщила РИА Новости на авиакосмическом салоне МАКС-2017 Яна Харлан, ведущий инженер компании "Авант–Спэйс Системс", резидента фонда "Сколково".
"Разработка появилась благодаря опыту российских ученых МГУ имени Ломоносова. В настоящий момент с помощью испытаний в вакуумной камере получены технические характеристики лабораторной модели геликонного сеточного двигателя и проработаны его основные конструктивные решения", — отметила Харлан.
Запуск геликонного сеточного двигателя в составе космического аппарата запланирован на 2020 год, что подразумевает большой темп разработки, наращивание команды и наличие дополнительной финансовой поддержки.
Применение уникальной схемы образования плазмы в газоразрядной камере ионного двигателя позволяет улучшить технические характеристики изделия по сравнению с другими двигателями рассматриваемого типа.
"Оценивать стоимость изделия пока рано, на следующий год запланирована разработка бортового источника питания двигателя, бортовой системы хранения и подачи рабочего тела и других подсистем двигательной установки. Компания осуществляет свою деятельность при поддержке Фонда "Сколково": в феврале 2017 года был получен минигрант", — уточнила представитель "Авант – Спэйс Системс".
В настоящее время в списке партнеров числятся только российские компании, но в дальнейшем, при разработке электронных устройств, будет необходимо привлечение иностранной производственной базы.

[Salo]

http://tass.ru/kosmos/4588930

Центр Келдыша разработал новый электроракетный двигатель
25 сентября, 8:39 UTC+3
Начальник отдела электрофизики Центра им. Келдыша Александр Ловцов сообщил, что на производство такого двигателя нужен год

АДЕЛАИДА /Австралия/, 25 сентября. /ТАСС/. Российский Центр им. Келдыша разработал новый электроракетный двигатель, который будет устанавливаться на космические аппараты. Его производство начнется в ближайшее время, сообщил в понедельник журналистам на Международном астронавтическом конгрессе начальник отдела электрофизики Центра им. Келдыша Александр Ловцов.
"Первая в мире машина на 800 вольт - КМ-75 - будет разработана нами. Двигатель на 800 вольт полностью квалифицирован и уже в ближайшее время начнется его производство, квалифицирован опытный образец", - сказал Ловцов, уточнив, что на производство такого двигателя нужен год.
Он напомнил, что еще один двигатель производства Центра Келдыша - КМ-60 - с напряжением 500 вольт летает на российском военном спутнике уже почти три года. "Мы разработчики - от и до, начиная с НИРа и кончая готовым двигателем, который стоит на борту аппарата", - пояснил Ловцов.
По словам начальника отдела, зарубежные страны проявляют интерес к таким двигателям. "Наши двигатели полетели в этом году на индийском аппарате GSAT-9. Кроме того, двигатели КМ-88, которые были сделаны раньше КМ-60, но они тоже 500-вольтовые, полетят на индийском геостационарном аппарате связи, надеемся в следующем году", - сообщил представитель Центра им. Келдыша, добавив, что индийский спутник связи будет запущен или на индийской ракете, или на европейском носителе Ariane 5.
Ловцов отметил, что российское предприятие работает и с другими странами, в частности, идут переговоры со странами Латинской Америки, где все на стадии обсуждения.

[Salo]

https://www.space.com/38444-mars-thruster-design-breaks-records.html?utm_content=buffer6fe51&utm_medium=social&utm_source=facebook

Ion Thruster Prototype Breaks Records in Tests, Could Send Humans to Mars
By Tereza Pultarova, Space.com Contributor | October 13, 2017 07:00am ET

Scott Hall makes some final adjustments to the X3 ion thruster at the University of Michigan before a test.
 Credit: NASA

    A thruster that's being developed for a future NASA mission to Mars broke several records during recent tests, suggesting that the technology is on track to take humans to the Red Planet within the next 20 years, project team members said.
    The X3 thruster, which was designed by researchers at the University of Michigan in cooperation with NASA and the U.S. Air Force, is a Hall thruster — a system that propels spacecraft by accelerating a stream of electrically charged atoms, known as ions. In the recent demonstration conducted at NASA's Glenn Research Center in Ohio, the X3 broke records for the maximum power output, thrust and operating current achieved by a Hall thruster to date, according to the research team at the University of Michigan and representatives fr om NASA.
    "We have shown that X3 can operate at over 100 kW of power," said Alec Gallimore, who is leading the project, in an interview with Space.com. "It operated at a huge range of power fr om 5 kW to 102 kW, with electrical current of up to 260 amperes. It generated 5.4 Newtons of thrust, which is the highest level of thrust achieved by any plasma thruster to date," added Gallimore, who is dean of engineering at the University of Michigan. The previous record was 3.3 Newtons, according to the school.
    Hall thrusters and other types of ion engines use electricity (usually generated by solar panels) to expel plasma — a gas-like cloud of charged particles — out a nozzle, thus generating thrust. This technique can propel spacecraft to much greater speeds than chemical propulsion rockets can, according to NASA.
    That's why researchers are so interested in ion propulsion's potential application for long-distance space travel. Whereas the maximum velocity that can be achieved by a chemical rocket is about 5 kilometers per second, a Hall thruster could get a craft up to 40 kilometers per second, Gallimore said. 
    Ion engines are also known to be more efficient than chemical-powered rockets, featuring what Gallimore described as a better "miles per gallon" ratio. A Hall-thruster-powered spacecraft would get cargo and astronauts to Mars using much less propellant than a chemical rocket, he said. (A common propellant for ion thrusters is xenon; indeed, NASA's Dawn spacecraft, which is currently orbiting the dwarf planet Ceres, uses this gas.)     
             
A head-on shot of the X3 ion thruster firing at 50 kilowatts, viewed through a warped mirror in the vacuum chamber.
Credit: NASA
       
    "You can think of electric propulsion as having 10 times the miles per gallon compared to chemical propulsion," Gallimore told Space.com.
    The trade-off with ion thrusters, however, is that they are very low thrust and therefore must operate for a long time to accelerate a spacecraft to high speeds, according to NASA. (In addition, ion thrusters aren't powerful enough to overcome Earth's gravitational pull, so they cannot be used to launch spacecraft.)
    "Chemical propulsion systems can generate millions of kilowatts of power, while the existing electrical systems only achieve 3 to 4 kilowatts," Gallimore said.
    Commercially available Hall thrusters are not nearly powerful enough to propel a crewed Mars spacecraft, he added.  
    "What we would need for human exploration is a system that can process something like 500,000 watts (500 kW), or even a million watts or more," Gallimore said. "That's something like 20, 30 or even 40 times the power of conventional electric propulsion systems."
    That's wh ere the X3 comes in. Gallimore and his team are addressing the power problem by making the thruster bigger than these other systems and by developing a design that addresses one of the technology's shortcomings. 
    "We figured out that instead of having one channel of plasma, wh ere the plasma generated is exhausted from the thruster and produces thrust, we would have multiple channels in the same thruster," Gallimore said. "We call it a nested channel."
    According to Gallimore, using three channels allowed the engineers to make X3 much smaller and more compact than an equivalent single channel Hall thruster would have to be. 
             
A side shot of the X3 ion thruster firing at 50 kilowatts.
Credit: NASA

    The University of Michigan team has been working on the technology in cooperation with the Air Force since 2009. First, the researchers developed a two-channel thruster, the X2, before moving on to the more powerful X3, which has three channels. 
    In February 2016, the team partnered with California-based rocket-maker Aerojet Rocketdyne, which is developing a new electrical propulsion system, called XR-100, for NASA's Next Space Technologies for Exploration Partnerships, or NextSTEP program. The X3 thruster is a central part of the XR-100 system. 
    Scott Hall, a Ph.D. student at the University of Michigan who has worked on the X3 project for the past five years, said the work has been rather challenging because of the thruster's size. 
    "It's heavy — 500 pounds [227 kilograms]. It's almost a meter in diameter," Hall said. "Most Hall thrusters are the kind of thing that one or two people can pick up and carry around the lab. We need a crane to move X3 around."
    Next year, the team will run an even bigger test, which aims to prove that the thruster can operate at full power for 100 hours. Gallimore said the engineers are also designing a special magnetic shielding system that would keep the plasma away from the walls of the thruster to prevent damage and enable the thruster to operate reliably for even longer periods of time. Gallimore said that without the shielding a flight version X3 would probably start experiencing problems after several thousand hours of operations. A magnetically-shielded version could run for several years at full power, according to Gallimore.

[Salo]

Перевод:
https://m.lenta.ru/news/2017/10/16/ion/

12:58, 16 октября 2017
НАСА успешно испытало ионный двигатель

Специалисты НАСА испытали новый ионный двигатель X-3, разработанный исследователями из Мичиганского университета. Устройство побило несколько рекордов, в том числе достигло максимальных на данный момент мощности, тяги и рабочего тока. Об этом сообщаетcя на сайте Space.com.
X-3 относится к двигателям, работающим на эффекте Холла, который возникает при воздействии магнитного поля на движущиеся заряженные частицы, например ионы газа ксенона. Последние отклоняются от своей траектории, из-за чего возникает другой ток, перпендикулярный основному направлению. Это создает дополнительную тягу и позволяет достичь высокого значения расхода рабочего тела, то есть ионизированного газа. В этом заключается преимущество X-3 перед другими ионными двигателями.
Новый двигатель является трехканальным, то есть имеет три канала истечения плазмы. Такая технология позволила X-3 быть более компактным, чем обычные одноканальные ионные двигатели, хотя он весит около 220 килограммов. Его работу обеспечивает электрическая силовая установка XR-100, разработанная компанией Aerojet Rocketdyne.
В ходе испытаний устройство поместили в специальную вакуумную камеру. По словам руководителя проекта Алека Галлимора (Alec Gallimore), удалось достичь мощности более 100 киловатт (у других ионных двигателей на эффекте Холла этот показатель составляет 4,5 киловатта), реактивная тяга равнялась рекордным 5,4 ньютона.
Основным преимуществом ионных двигателей является высокий удельный импульс примерно 40 километров в секунду, тогда как у топливных ракет эта характеристика равна 5 километрам в секунду. В результате для достижения высоких скоростей тратится гораздо меньше топлива, чем у химических двигателей. Однако тяга обычно возникает маленькая (порядка 100 миллиньютонов), поэтому ионные космические аппараты долго разгоняются, кроме того, они пока не способны преодолеть гравитационное притяжение Земли.
В следующем году специалисты продолжат испытания Х-3. Планируется, что ионный двигатель проработает на полной мощности в течение 100 часов. Для этого будет разработана специальная магнитная экранирующая система, которая защитит стенки двигателя от нагретой плазмы.

[vlad7308]

Salo пишет:
"We have shown that X3 can operate at over 100 kW of power," said Alec Gallimore, who is leading the project, in an interview with Space.com. "It operated at a huge range of power fr om 5 kW to 102 kW, with electrical current of up to 260 amperes. It generated 5.4 Newtons of thrust

Ого. Для ионника - просто удивительно.

[Salo]

Это СПД.

[Chilik]

vlad7308 пишет: 
Ого. Для ионника - просто удивительно.

Посмотрим, что они сообщат про ресурс.
У классических морозовских с этим хорошо.
Интересно, этот их круглый трехчлен как по массе и эффективности сравнивается с пакетом из СПД меньшей мощности (с учетом необходимых ферм для маленьких движков, естественно.

[Алексей Любопытный]

Chilik пишет:
круглый трехчлен

Многочлен. Ничего особо нового.

[vlad7308]

Salo пишет:
Это СПД.

Тогда понятно, почему он похож на СПД.
А написано-то ion thruster.. ну ясно.

[Salo]

The X3 thruster, which was designed by researchers at the University of Michigan in cooperation with NASA and the U.S. Air Force, is a Hall thruster — a system that propels spacecraft by accelerating a stream of electrically charged atoms, known as ions.

[Salo]

https://www.roscosmos.ru/24291/

ОКБ «ФАКЕЛ». НОВЫЙ РЕКОРД ДОВЫВЕДЕНИЯ КА EUTELSAT ДВИГАТЕЛЯМИ SPT-140
31.10.2017 15:24
 

   Космический аппарат (КА) EUTELSAT 172B, на котором установлены электрические двигатели SPT-140, произведенные калининградским ОКБ «Факел» (входит в Госкорпорацию «РОСКОСМОС») побил последний рекорд по самому быстрому довыведению с промежуточной (геопереходной) орбиты на геостационарную с помощью электрических двигателей SPT-140. С момента запуска до достижения геостационарной орбиты прошло всего 4 месяца.

    

   Во время стадии подъема электродвигатели аппарата отработали успешно и вывели спутник на целевую орбиту. При этом топлива было использовано в 6 раз меньше, чем для спутников с химическими двигателями.

    

   По плану EUTELSAT 172B должен приступить к функционированию для коммерческих целей в ноябре текущего года для предоставления услуг связи, широкополосного вещания и сбора данных над Азиатско-Тихоокеанским регионом. Спутник, сконструированный компанией Airbus для Eutelsat, рассчитан на 15-летний ресурс. Дальнейшие коррекции орбиты космического аппарата так же будут обеспечиваться электродвигателями, произведенными в ОКБ «Факел». Космический аппарат был запущен с космодрома Куру 1 июня 2017 года на ракете-носителе Ariane-5.

[Алексей Любопытный]

Как НАСА SPT-140 тестировало.

[zandr]

https://iz.ru/674702/anastasiia-sinitckaia-aleksei-ramm/dvigatel-na-ladoshke

Двигатель на ладошке  
Анастасия Синицкая Алексей Рамм
Российский производитель микроспутников компания Avant Space — резидент инновационного центра «Сколково» — в 2020 году планирует запустить малый космический аппарат с миниатюрным ионным двигателем собственной разработки. Впервые в мире в такой системе будет реализована технология внешнего магнитного поля, увеличивающая энергоэффективность двигателя. По мнению экспертов, проект выглядит перспективным, особенно в условиях значительного роста рынка малых космических аппаратов.
Как рассказали «Известиям» в Avant Space, компания разрабатывает две модификации двигателя — GT-50 и GT-100. Лабораторная модель источника ионов проходит испытания в лаборатории «Физика плазмы» МГУ. После отработки процессов в газоразрядной камере двигателя модель будет направлена в Московский физико-технический институт для независимых стендовых испытаний.

Спойлер

— Мы получили грант фонда «Сколково» в феврале 2016 года. Сейчас находимся на этапе подтверждения эффективности выбранной схемы, — рассказал «Известиям» основатель компании Антон Оссовский. — Впервые в мире в ионном двигателе реализовано внешнее магнитное поле, что позволило повысить энергоэффективность системы. Считаем, что это станет ключевым конкурентным преимуществом нашей разработки. Полагаем перспективным использование таких двигателей на низкой орбите Земли в составе спутников мини-класса.
Принцип работы ионного двигателя заключается в следующем. В камеру сгорания подается ксенон, который ионизируется под действием электромагнитного поля. При этом образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Движение ионов создает тягу —для этого они ускоряются стационарным электрическим полем с помощью специальных сетчатых электродов.
Ионные двигатели характеризуются высоким импульсом. Они расходуют малое количество газа для совершения маневра. Такие двигатели уже давно используются в космических аппаратах. Но в последнее время они получили второе дыхание благодаря миниатюризации.
Кроме малых размеров (у GT-50 — 5 на 5 см, у GT-100 — 5 на 10 см), особенность разработки Avant Space — в использовании внешнего магнитного поля. Благодаря ему скорость истекания ионов из двигателей достигает 40 км/с. Это обеспечивает экономичное использования топлива и высокий импульс двигателя.
Генеральный конструктор компании «Лин Индастриал» (занимается разработкой сверхлегкой ракеты-носителя) Александр Ильин считает перспективным использование ионных двигателей малой тяги. По его мнению, подобные разработки будут особенно полезны для микроспутников — рынок их создания и запуска в последнее время растет очень активно.
— Например, такие двигатели подходят для коррекции орбиты стационарных спутников связи, — рассказал Александр Ильин. — Также их можно использовать в качестве маршевого двигателя для выведения космических аппаратов на целевую орбиту. Применение таких технологий делает изучение дальнего космоса гораздо более эффективным с точки зрения экономии топлива.
Согласно открытым данным, активный рост количества стартов нано- (менее 10 кг) и микроспутников (менее 100 кг) начался в 2013 году, когда на орбиту было запущено почти 100 таких аппаратов. С тех пор количество пусков растет. В этом году на орбиту будет выведено более 200 подобных спутников. Ожидается, что в 2020 году стартуют около 400 нано- и микроаппаратов.

[свернуть]

[Алексей Любопытный]

zandr пишет:
https://iz.ru/674702/anastasiia-sinitckaia-aleksei-ramm/dvigatel-na-ladoshke

В камеру сгорания подается ксенон, который ионизируется под действием электромагнитного поля. При этом образуются положительно заряженные ионы и свободные электроны. Движение ионов создает тягу —для этого они ускоряются стационарным электрическим полем с помощью специальных сетчатых электродов.

Как я понимаю, они взяли "сеточный ионник" и модернизировали его ионизационную камеру, заменив катод на высокочастотную электромагнитную систему. Ресурс такого двигателя должен быть выше.

Вот, на рисунке есть катодный эмиттер электронов (слово "эмиттер" на рисунке написано с ошибкой).

Похоже его и заменили на переменное магнитное поле ионизирующее газ.

[Алексей Любопытный]

Вот этот двигатель от КБХА, по моему, должен работать на том же принципе.

[zandr]

url]http://engine.space/press/pressnews/1950/[/url]

В НПО Энергомаш обсудили перспективы использования электроракетных двигателей
В АО «НПО Энергомаш» состоялось заседание президиума Научно-технического совета Интегрированной структуры ракетного двигателестроения, посвященное перспективам использования электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) для выведения космических аппаратов на геостационарные и другие целевые орбиты.
С докладом выступил представитель Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики МАИ В.Г.Петухов, который рассказал о преимуществах применения ЭРДУ при выведении КА, существующих и перспективных ЭРДУ.
Он напомнил, что схема выведения космических аппаратов с ЭРДУ на геостационарную орбиту уже используется в США, Европе и России. В ближайшей перспективе на отечественных КА для выведения будут использоваться двигатели производства ОКБ «Факел» СПД-100 и СПД-140, которые имеют близкий к оптимальному удельный импульс для решения задачи довыведения современных КА.
Для перспективных задач, включающих выведение на геостационарную орбиту КА массой более 5 тонн, создание многоразового межорбитального и лунного буксиров разрабатывается серия двигателей большой мощности: СПД-230 (ОКБ «Факел»), ИД-500 (ИЦ им. М.В.Келдыша), ВЧИД 15-20 кВт (КБХА и НИИ ПМЭ МАИ).
Главными преимуществами использования ЭРДУ В.Г.Петухов считает то, что использование ЭРДУ обеспечит выведение на геостационарную орбиту КА увеличенной массы с помощью существующих средств выведения, снижение стоимости выведения КА за счет использования средств выведения более легкого класса. Кроме того, использование ЭРДУ компенсирует северное расположение российских космодромов.
По итогам заседания участники отметили, что сегодня уже существуют реальные конструкции ЭРДУ, которые готовы к серийному использованию. Но перспективы применения ЭРДУ во многом зависят от желания «ракетчиков» массово внедрять и использовать ЭРДУ. Кроме того, по мнению участников заседания, необходимо провести комплексные оценки энергетических возможностей ЭРДУ, а также возможности использования источника энергии ЭРДУ для обеспечения эксплуатации КА.