Электрореактивные двигатели

[Salo]

Описание конструкции и систем ЭРТМ

Транспортная система па основе комбинированной ДУ представляет собой двухступенчатую систему: разгонный блок и электроракетный транспортный модуль с электроракетной двигательной установкой.

Космический аппарат выводится на ГСО с низкой орбиты ИСЗ, формируемой РН «Зенит-2SБ», с помощью маршевой двигательной установки РБ «Фрегат-СБ» и электроракетной двигательной установки в составе ЭРТМ.

ЭРДУ предназначена для выполнения следующих функций:

- создания управляющей реактивной тяги при ПОМОЩИ электроракетных двигателей дпя перевода КА с промежуточной орбиты ИСЗ на ГСО;
- создания моментов сил вокруг трех осей КА при   помощи   электроракетных   двигателей   для управления положением КА относительно центра масс и дня разгрузки двигателей-маховиков. В состав ЭРДУ входят:
- четыре двигателя СПД-140 с приводами ориентации двигательных блоков, предназначенных для работы в маршевом режиме и режиме коррекции;
- баки с блоком подачи рабочею тела (ксенона);
- система преобразования и управления.

Набор задаваемой характеристической скорости производится путем работы двух двигателей СПД-140, остальные два двигателя являются резервными.
Схема расположения двигателей СПД-140 должна обеспечивать, с одной стороны, решение задачи поддержания точки СТОЯНИЯ при полете КА с ЭРТМ на ГСО, и, с другой стороны, выдачу импульса ТЯГИ в требуемом направлении на участке выведения с помощью ЭРДУ.

Заключение

В результате исследований сформирован проектный облик и определены основные технические характеристики космических транспортных систем на основе РБ и ЭРТМ, применяемых в сочетании с РН среднего класса для выведения КА на ГСО с использованием промежуточных орбит. Приведены результаты проектно-баллистического анализа выведения КА с комбинированной двигательной установкой в составе ракет-носителей среднего класса «Союз 2-1Б», «Зенит-2SБ».
Разработан типовой состав космической транспортной системы, выбраны оптимальные схемы перелета и определены проектно-баллистичеcкие характеристики выведения КА на ГСО, разработана конструктивно-компоновочная схема ЭРТМ.
Показана эффективность использования комбинированной схемы выведения КА на ГСО. Для космической транспортной системы на базе РН «Союз 2-1Б», РБ «Фрегат» и ЭРТМ масса КА, выводимою на ГСО, составляет 1680-2100 кг при времени выведения 60-120 суток. Это в 2-3 раза превышает возможности транспортной системы «Союз 2-1Б» «Фрегат» по выведению на ГСО.
Система на базе РН «Зенит-2SБ», РБ «Фрегат-СБ» и ЭРТМ обеспечивает выведение на ГСО КА массой 2500-2900 кг при времени выведения 60-120 суток. По сравнению с использованием системы «Зенит-2SБ» - «Фрегат-СБ» достигается увеличение массы КА, доставляемой на ГСО, на 40-60%. Такая транспортная система позволяет выводить на ГСО полезный груз, сопоставимый по массе с полезным Грузом, выводимым на ГСО при использовании ракет-носителей тяжелого класса с разгонными блоками на базе только химических двигателей.

[Salo]

http://www.spacenews.com/article/boeing-orders-saft-batteries-for-initial-all-electric-satellites#.UMINHay3mHA

Boeing Orders Saft Batteries for Initial All-electric Satellites
Dec. 7, 2012

PARIS — Battery manufacturer Saft of Paris will provide lithium-ion battery packs to power the first batch of Boeing 702SP all-electric satellites under a multimillion-dollar contract, Saft announced Dec. 5.

Under the contract, whose precise value was not disclosed, Saft's Cockeysville, Md., plant will deliver battery packs for the four 702SP satellites Boeing is building for commercial fleet operators Asia Broadcast Satellite of Hong Kong and Mexico's Satmex.

The two operators have ordered two 702SP satellites each, inaugurating a new product line for Boeing and introducing the world's first all-electric commercial telecommunications satellites.

Using electric propulsion instead of conventional chemical fuel saves up to 50 percent of a satellite's launch weight, allowing owners to save on launch costs. The tradeoff is that with electric propulsion it takes several months for a spacecraft to reach final geostationary orbit.

The ABS-3A and Satmex 7 satellites are scheduled to be launched together aboard a Falcon 9 rocket operated by Space Exploration Technologies Corp. of Hawthorne, Calif. Each satellite will weigh between 1,900 and 2,100 kilograms at launch.

The two other satellites ordered under the same contract will be completed later.

The satellites will be capable of generating 8 kilowatts of power to their payloads. Saft said it will be delivering the batteries in 2013 and 2014.

Boeing's order with Saft is the fourth contract under a long-term supply agreement the companies concluded in 2009. Saft is Boeing's supplier for other, larger geostationary-orbiting telecommunications satellites using heavier versions of the 702 platform, including satellites in orbit or under construction for Intelsat, Inmarsat, Mexsat and SkyTerra.

[Salo]

http://www.spacenews.com/article/snecma-delivers-electric-thrusters-for-first-small-geo#.UMIPT6y3mHA

Snecma Delivers Electric Thrusters for First Small Geo
Dec. 7, 2012

PARIS — Safran Group's Snecma rocket- and aircraft-motor division has completed delivery of the electric propulsion subsystem to fly on the inaugural model of Europe's Small Geo satellite, Snecma announced Dec. 6.

Paris-based Snecma has delivered the complete electric propulsion thruster assembly to OHB AG of Bremen, Germany, the prime contractor for the Small Geo platform, whose development has been funded by the 20-nation European Space Agency.

The first Small Geo satellite, called Hispasat AG1, will be owned and operated by Hispasat of Spain, with a launch scheduled in late 2014.

Hispasat AG1 will carry two independent thruster packs, each carrying four Snecma-built SPT 100 plasma-electric thrusters for satellite station-keeping and other in-orbit maneuvers. The satellite will use conventional propulsion to climb from transfer orbit to its final position in geostationary orbit.

Other versions of Snecma's plasma-electric satellite thrusters, which are based on a design from Fakel of Russia, will fly on platforms including seven Eurostar 3000 satellites built by Astrium Satellites, and the large Alphasat satellite.

Alphasat, whose development was financed in part by the European Space Agency, will be operated by mobile satellite services provider Inmarsat of London. It is scheduled for launch in 2013.

[мастер_лукьянов]

Salo пишет:
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

 

Комбинированная схема выглядит как полумера, повышающая массу ПН, но одновременно усложняющей процесс выведения.
В идеале на электротяге надо стартовать уже с НОО. Для этого определить возможность существования бестеневых орбит заданной длительности существования при "разворачивающейся спирали" и при разных начальных высотах и наклонениях.

[Ярослав]

ну вот, наконец-то, дожили )
теперь ждите зенит на даблшот или, скажем, протон на тришот  

[мастер_лукьянов]

Да не-е, пока не дожили, только приближаемся.
Но "грех" не использовать ЭРД с УИ 2000-3000 сек вместо ЖРД.
ЗЫ Тем более источник энергии для ЭРД является "халявным"-  СБ в процессе вывода не простаивают а работают.

[Ярослав]

да ладно, уже летали, один даже своей дармовой ду до орбиты доплз после аварии носителя, а про смарт я вопче молчу  

[мастер_лукьянов]

Ярослав пишет:
да ладно, уже летали, один даже своей дармовой ду до орбиты доплз после аварии носителя, а про смарт я вопче молчу    

ну вот, оказывается ЭРД это уже пройденный этап, вчерашний день, не знал    

[Ярослав]

Artemis
http://en.wikipedia.org/wiki/Artemis_%28satellite%29
Launched by an Ariane 5 rocket on 12 July 2001, it originally reached an orbit much lower than planned (590 km x 17487 km). It was remotely reconfigured to reach its intended station by means of a novel procedure.  First, over the course of about a week, most of its chemical fuel was used to put it in a 31,000 km circular orbit (by raising first the apogee then the perigee, going via a 590 km x 31000 km orbit). Then, its electric-ion motor - originally intended for station keeping and for firing a few minutes at a time - was instead kept running for most of 18 months, pushing the spacecraft into an outward spiral trajectory. It gained altitude at the rate of about 15 km per day, until it reached the intended geostationary orbit.
AEHF-1
http://en.wikipedia.org/wiki/AEHF-1
USA-214 was launched by United Launch Alliance, using an Atlas V 531 carrier rocket flying from Space Launch Complex 41 at the Cape Canaveral Air Force Station. The launch occurred at 11:07 UTC on 14 August 2010, and resulted in the spacecraft being deployed successfully into a geosynchronous transfer orbit with a perigee of 221 kilometres (137 mi), an apogee of 50,179 kilometres (31,180 mi), and 22.2° degrees inclination.
The spacecraft was intended to manoeuvre from the transfer orbit into which it was launched to its operational geosynchronous orbit by means of a liquid-fueled apogee motor and several Hall effect thrusters, a process which normally takes 105 days. However, the satellite's Liquid Apogee Engine motor malfunctioned shortly after ignition on both its first burn on 15 August 2010 and a second attempt on 17 August, and it was declared inoperable.
To solve the problem, the perigee altitude was raised to 4700 km (2900 miles) using twelve firings of the smaller Reaction Engine Assembly thrusters, originally intended for attitude control during LAE maneuvers.From this altitude, the solar arrays were deployed and the orbit was raised toward the operational orbit over the course of nine months using the 0.27 Newton Hall thrusters, a form of electric propulsion which is highly efficient, but produces very low thrust.
SMART-1
http://en.wikipedia.org/wiki/Smart_1
SMART-1 was about one metre across, and lightweight in comparison to other probes. Its launch mass was 367 kg or 809 pounds, of which 287 kg (633 lb) was non-propellant.
It was propelled by a solar-powered Hall effect thruster (Snecma PPS-1350-G) using xenon propellant, of which there was 82 kg (50 litres by volume at a pressure of 150 bar) at launch. The thrusters used an electrostatic field to ionize the xenon and accelerate the ions to a high speed. This ion engine setup achieved a specific impulse of 16.1 kN·s/kg (1,640 seconds), more than three times the maximum for chemical rockets. Therefore 1 kg of propellant (1/350 to 1/300 of the total mass of the spacecraft) produced a delta-v of about 45 m/s. The electric propulsion subsystem had a weight of 29 kg with a peak power consumption of 1,200 watts. SMART-1 is the first in the program of ESA's Small Missions for Advanced Research and Technology.
The solar arrays made 1,190 W available for powering the thruster, giving a nominal thrust of 68 mN, hence an acceleration of 0.2 mm/s? or 0.7 m/s per hour (i.e., just under 0.00002 g of acceleration). As for all ion-engine powered craft, orbital maneuvers were not carried out in short bursts but very gradually. The particular trajectory taken by SMART-1 to the Moon required thrusting for about one third to one half of every orbit. When spiralling away from the Earth thrusting was done on the perigee part of the orbit. At the end of the mission, the thruster had demonstrated the following capability:
 

[/li]
• Thruster operating time: 5000 h
  
• Xenon throughput: 82 kg
  
• Total Impulse: 1.1 MN-s
  
• Total ΔV: 3.9 km/s
  

[SpaceR]

мастер_лукьянов пишет:
Комбинированная схема выглядит как полумера, повышающая массу ПН, но одновременно усложняющей процесс выведения.
В идеале на электротяге надо стартовать уже с НОО. Для этого определить возможность существования бестеневых орбит заданной длительности существования при "разворачивающейся спирали" и при разных начальных высотах и наклонениях.

Увы, не всё так просто, как кажется.
Вы обратили внимание на высоты, с которых начинался разгон на ЭРД?

[Salo]

И длительность процесса выведения даже с ГПО.

[Ярослав]

а если на 200км развернуть СБ - то сила сопротивления вполне может быть больше тяги двигателя )))

[мастер_лукьянов]

SpaceR пишет:

мастер_лукьянов пишет:
Комбинированная схема выглядит как полумера, повышающая массу ПН, но одновременно усложняющей процесс выведения.
В идеале на электротяге надо стартовать уже с НОО. Для этого определить возможность существования бестеневых орбит заданной длительности существования при "разворачивающейся спирали" и при разных начальных высотах и наклонениях.

Увы, не всё так просто, как кажется.
Вы обратили внимание на высоты, с которых начинался разгон на ЭРД?    

- Что-то  типа режима перерасширения ?
- G0CE - 250 км.

[мастер_лукьянов]

Ярослав пишет:
а если на 200км развернуть СБ - то сила сопротивления вполне может быть больше тяги двигателя )))

А если на 400? 

[мастер_лукьянов]

Salo пишет:
И длительность процесса выведения даже с ГПО.

Вот табличка удельной энерговооруженности. Последний столбец – время для набора скорости 5 км/сек. Тяга принята 0,1 Н на 1,5 кВт мощности.
Расчеты оценочные, но тенденция очевидна.
Горизонт       1978    2200кг   1300 Вт   0,6 Вт/кг  1273 сут
ЭкспрессАМ     2003    2600кг   6300 Вт  2,4  Вт/кг   376 сут
Экспресс1000  2010   1700кг    6000 Вт  3,5 Вт/кг    246 сут
Экспресс2000  2013?  3300кг   14000 Вт  4,2 Вт/кг  190 сут

[мастер_лукьянов]

Для современных спутниковых платформ принято указывать мощность СЭС в конце срока эксплуатации ( к примеру для Экспресс 2000 на ПН 15 кВТ через 15 лет с учетом деградации СБ) . Какова может быть мощность выдаваемая СБ первоначально?

[Salo]

мастер_лукьянов пишет:

Salo пишет:
И длительность процесса выведения даже с ГПО.

Вот табличка удельной энерговооруженности. Последний столбец – время для набора скорости 5 км/сек. Тяга принята 0,1 Н на 1,5 кВт мощности.
Расчеты оценочные, но тенденция очевидна.
Горизонт    1978 2200кг 1300 Вт 0,6 Вт/кг 1273 сут
ЭкспрессАМ 2003 2600кг 6300 Вт 2,4 Вт/кг 376 сут
Экспресс1000 2010 1700кг 6000 Вт 3,5 Вт/кг 246 сут
Экспресс2000 2013? 3300кг 14000 Вт 4,2 Вт/кг 190 сут

Полгода в поясах Ван Аллена?

[мастер_лукьянов]

Salo пишет:
Полгода в поясах Ван Аллена?

это плохо

[Ярослав]

мастер_лукьянов пишет:

Salo пишет:
Полгода в поясах Ван Аллена?

это плохо  

ничиво )
химию можно использовать, чтоб эти пояса проскочить, все равно выигрыш очевиден

[Salo]

Дык я же ж с этим и не спорю!