Электрореактивные двигатели

[SFN]

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

 

В дополнение к посту и дискуссии развернувшейся после этого (из аналогичной за океаном    )) )

[Salo]

http://www.iss-reshetnev.ru/images/File/newspaper/2013/341.pdf

[Salo]

http://www.spacenews.com/article/satellite-telecom/35894electric-propulsion-satellites-are-all-the-rage#.UcM-TtiBXTo

Electric-propulsion Satellites Are All the Rage

  By Peter B. de Selding | Jun. 20, 2013

The Satmex 7, being built by Boeing, uses suddenly popular all-electric propulsion. Credit: Boeing artist's concept
 
   LE BOURGET, France — Interest in all-electric-propulsion satellites has reached levels that might lead one to think vast swarms of them will be orbiting the Earth in the coming years.
Examples include:
 

[/li]
• Aerojet Rocketdyne President Warren M. Boley on June 17 said his company in November thought it would do $20 million in business in solar-electric satellite components in the current fiscal year. Now it looks like $40 million.
   
  
• Jean-Yves Le Gall, president of the French space agency, CNES, on June 18 said he wants European governments to start the satellite equivalent of the Marshall Plan so as not to let Boeing and other U.S. companies get too far ahead in electric satellites.
   
  
• The Arianespace commercial launch consortium on June 18 said it is asking European governments for $40 million or so to design a new structure under the Ariane 5 rocket's payload fairing to provide more space that may be required of all-electric satellites.
   
  
• The 20-nation European Space Agency in November started a new program, called Electra, to jump-start a European all-electric satellite design with the help of satellite fleet operator SES of Luxembourg.
   
  
• China Aerospace Corp., Lockheed Martin, Space Systems/Loral, Thales Alenia Space all are working on all-electric satellites.
  

An all-electric satellite dispenses with heavy chemical propulsion and uses electric propulsion not only to maintain itself stably in orbit over 15 years — this has been done by many operators and manufacturers — but also to raise the satellite from where it is dropped into orbit by its carrier rocket to its final destination in geostationary orbit.
Saving all that weight will enable satellite owners to either lower their launch costs or pack more revenue-generating payload onto a satellite for the same launch mass.
The only problem is it takes months, not a couple of weeks, for an all-electric satellite to reach its final operating position.
Blame Boeing Space and Intelligence Systems of El Segundo, Calif., for the recent hullabaloo. Boeing signed a contract in March 2012 with fleet operators Satmex of Mexico and Asia Broadcast Satellite of Hong Kong for the first four of its all-electric 702SP satellites.
The Boeing deal was sealed when it was paired with a contract to launch the satellites two at a time aboard the new Falcon 9 rocket operated by Space Exploration Technologies Corp. of Hawthorne, Calif. The Falcon 9 v1.1 rocket upgrade, now in development, is scheduled to make its inaugural flight this year.
But not everybody is so smitten. Astrium Satellites Chief Executive Eric Beranger said he is excited about all-electric satellites, but not enormously so. In a press briefing here June 19 during the Paris Air Show, Beranger said Astrium has already built seven commercial telecommunications satellites with electric-powered propulsion for in-orbit station-keeping.
"Going the extra step to use electric propulsion for orbit-raising is not a huge step," Beranger said. "We will certainly see more all-electric satellites, but the future will not be all-electric. It's a tradeoff that operators will make on whether they can wait six months before generating revenue from their asset."
Beranger said that despite the buzz, "In fact there have not been that many all-electric satellites actually sold in the market," meaning none since the Boeing Satmex/ABS/Falcon 9 contract 15 months ago.
Nonetheless, Beranger said Astrium Satellites has already integrated an all-electric design into its commercial product list and is waiting for a first customer before completing the relatively modest research and development effort needed to make the product ready for the market.

[Salo]

Цаглов А.И., Лоян А.В., Кошелев Н.Н., Рыбалов О.П.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ БЕЗЭЛЕКТРОДНОГО ЭЛЕКТРОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ МАЛОЙ МОЩНОСТИ С ВЧ ИОНИЗАЦИЕЙ РТ (1 МБ)

Цаглов А.И.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СТРУИ БЕЗЭЛЕКТРОДНОГО ЭРД С ВЧ ИОНИЗАЦИЕЙ РТ

Агеева Е.Г., Лоян А.В., Гайдуков В.Ф.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭРОЗИИ БЕЗНАКАЛЬНОГО ПОЛОГО КАТОДА МЕТОДОМ ОПТИЧЕСКОЙ ЭМИССИОННОЙ СПЕКТРОСКОПИИ

Хитько А.В., Масляный Н.В.
ПОЛЫЕ КАТОДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НЕКЛАССИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

Guyot M., Denise S., Dudeck M., Claude P., Dusseau L., Saigne F., Bernard M.
MICRO HALL EFFECT THRUSTER FOR NANOSATELLITE PROPULSION

[Mark]

NASA Evolutionary Xenon Thruster проработал без остановки 48 000 часов, или 5,5 лет.

NASA объявило о том, что исследовательский проект ионного двигателя под кодовым названием NEXT (NASA's Evolutionary Xenon Thruster) перешагнул значительный рубеж — двигатель проработал без остановки 48 000 часов (или 5,5 лет), что является наиболее длительным временем тестирования подобных систем для космических двигателей. Конечная цель проекта — разработка экономичного и мощного двигателя для продолжительных миссий в глубоком космосе, которые предусматриваются исследовательской программой Planetary Science Decadal Survey.
//
Запущеный в июне 2005 года в исследовательском центре NASA имени Гленна в Кливленде, двигатель преобразует солнечную энергию, получаемую с установленных солнечных панелей, для питания ионной установки мощностью в 7 кВт, которая разгоняет заряженные частицы ксенона до скорости 145 000 км/ч, что и обеспечивает тяговое ускорение. Несмотря на то, что характерным недостатком ионных двигателей является малая тяга, в данном случае ситуацию характеризуют как значительное улучшение характеристик и, таким образом, мощности двигателя.

Экономичность NEXT можно описать следующим сравнением — за время эксперимента было потрачено 870 кг ксенона, что позволило получить такой же импульс движения, который было бы возможно получить, сжигая 10 000 кг условного ракетного топлива.

На данный момент в космосе уже функционирует космический аппарат Dawn на ионном двигателе, запущенный для исследования астероида Весты и карликовой планеты Цереры

http://habrahabr.ru/post/184844/

[Mark]

Ученые разработали миниатюрные спутники на плазменных двигателях.
 

Вполне возможно, что через несколько лет отправлять в глубокий и неизведанный космос небольшие спутники можно будет в 10 000 раз дешевле. Именно о таком сценарии развертывания событий говорят инженеры Мичиганского университета, продвигая на краудфандинговом сервисе KickStarter свою новую разработку под названием CAT (CubeSat Ambipolar Thruster).

Принцип работы плазменного двигателя CAT идентичен работе обычной ракеты. Во время работы ракета производит тягу от сгорания топлива и расширения газов, в то время как плазменный двигатель CAT производит тягу от расширения потока плазмы, разогретой до температуры свыше 350 000 градусов Цельсия. Плазма — частично или полностью ионизированный газ, который для создания тяги может быть разогнан до определенной скорости. Создаваемая двигателем сила будет незначительной (измеряться миллиньютонами), но достаточно эффективной. Двигатель сможет работать в течение длительного периода, ускоряя космические аппараты намного быстрее типичных ракет-носителей.

Плазменные двигатели использовались на спутниках в течение десятилетий, но в связи с большими габаритами и весом до 10 кг ими были оснащены только большие спутники. Инженеры Мичиганского университета сделали двигатель CAT максимально подходящим для спутников, созданных по стандарту CubeSat. Двигатель с подсистемой питания весит менее 0,5 кг. Большинство компонентов двигателя были созданы и испытаны по отдельности. Ожидаемый срок службы двигателя составляет более 20 000 часов работы.

Габариты миниатюрного спутника 3U CubeSat составляют 30 х 10 х 10 см, вес – около 5 кг. Жизненный цикл спутника за пределами Земли составляет 10 лет (срок службы батареи).

http://www.engadget.com/2013/07/04/cubesat-cat-thruster-propeller-kickstarter/?utm_medium=feed&utm_source=Feed_Classic&utm_campaign=Engadget

http://hi-news.ru/space/uchenye-razrabotali-miniatyurnye-sputniki-na-plazmennyx-dvigatelyax.html

[Salo]

http://www.poisknews.ru/theme/international/4343/?print

Умели ждать. Российских и германских ученых свел космос
Международное сотрудничество
№ 42(2012)
Шаталова Анна
19.10.2012





Долгих 18 лет. Именно столько терпеливо ждали новой IV Российско-германской конференции, встреч друг с другом российские и немецкие ученые, занимающиеся вопросами, связанными с разработкой электроракетных двигателей (ЭРД) и их применением на современных и перспективных космических аппаратах (КА). Чем же обусловлен такой значительный временной разрыв между предыдущей конференцией, которая состоялась в 1994 году в Германии (Университет Штутгарта), и нынешней, проходившей в июне текущего года на борту теплохода "Александр Бенуа", курсировавшего по Волге (см. "Поиск" №29-30, 2012)? По словам одного из главных организаторов и идеологов этого мероприятия, директора Научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики Московского авиационного института (НИИ ПМЭ МАИ), академика Гарри Попова (на вернем фото), большой промежуток времени между упомянутыми конференциями был обусловлен, главным образом, отсутствием поддержки космическими ведомствами России и Германии совместных предложений ученых, занимавшихся дальним космосом.
История российско-германского сотрудничества в области ЭРД уходит своими корнями еще в советские времена. Тогда МАИ и Гиссенский университет им. Ю.Либиха (JLU) провели ряд совместных исследований, в том числе разработали проект КА с российской космической ядерной энергетической установкой и немецкими электроракетными двигателями для проведения исследований в дальнем космосе. Составной частью этого проекта был проект КА для полета к Плутону, который, к сожалению, не нашел практического применения. Однако результаты работы над проектом оказали значительное влияние на последующее развитие науки в области применения ЭРД, сыграв положительную роль в решении вопроса о разработке концепции КА для полета к Меркурию с использованием ЭРД. В 90-е годы XX века немецкие, американские и европейские специалисты смогли познакомиться с российскими достижениями в части создания стационарных плазменных двигателей (СПД), занимавших в нашей стране лидирующие позиции в области исследований и разработок ЭРД.
- До 1990 года практически все наши разработки в области СПД были засекречены, - вспоминает академик Г.Попов. - Впоследствии были установлены тесные взаимовыгодные контакты между российскими специалистами и их зарубежными партнерами. С 1992 года представители российских научных, конструкторских и учебных (включая МАИ) организаций стали постоянными участниками всех крупных международных конференций по ЭРД. С целью разработок СПД нового поколения была осуществлена идея создания совместного предприятия (СП) "ISTI", куда на условиях долевого участия вошли американская компания Space System Loral (SS/L), ФГУП ОКБ "Факел" (Калининград) и НИИ ПМЭ МАИ. С российской стороны в "общий котел" СП были вложены патенты, ОКБ "Факел" изготовило некоторое количество двигателей СПД-100, а SS/L выделила деньги на дальнейшие исследования и разработки СПД. Продукция нашего СП в настоящее время успешно функционирует на американском и европейском рынках. Необходимо отметить, что коммерциализация двигателей ОКБ "Факел" представляет большой интерес для нашей страны. Нельзя же в конце концов все время торговать нефтью, газом и лесом! Наше СП "торгует" высокоинтеллектуальной продукцией.
В августе 2008-го в замке Рауишхольцхаузен, принадлежащем Гиссенскому университету, международное сообщество по ЭРД решило провести небольшое, но стратегически важное совещание по проблемам разработок и применения ЭРД. Представители НИИ ПМЭ МАИ были участниками данного мероприятия. Во время этой встречи нам стало ясно, что России пора более активно осваивать технологию высокочастотных (ВЧ) ионных двигателей (ИД), разработанных в Германии, которая чрезвычайно важна для современных и перспективных КА. Решение это зрело давно. К сожалению, по объективным и субъективным причинам у нас в стране даже в настоящее время нет конкурентоспособных ИД. Нам необходимо быстрее ликвидировать это отставание. В США ИД используются для полетов в дальний и ближний космос уже достаточно давно. В Японии ИД действуют как на их околоземных спутниках, так и на КА дальнего космоса. В Европе ИД, в частности ВЧ ИД, достойно выдержали летные испытания. А у нас ИД, прошедших летную апробацию, практически нет. В российских программах доминирующую позицию имеют СПД. В ноябре 2008 года ОКБ "Факел", компания Astrium GmbH, JLU и НИИ ПМЭ МАИ под патронажем Федерального космического агентства (Роскосмос) и DLR (немецкий аналог Роскосмоса) подписали меморандум о сотрудничестве.
У немецких ученых уже есть несколько типоразмеров ВЧ ИД, один из которых (RIT-10) был испытан во время полетов КА "Артемис" и "Эврика". Для современных проектов требуются ВЧ ИД существенно большей мощности. Одним из таких проектов является проект "Интергелио-Зонд" - проект исследования Солнца с относительно близких расстояний. В нем предполагается использовать двигатель RIT-22 мощностью 5 кВт. Также мы предложили использовать ВЧ ИД в Президентской программе по созданию космического транспортно-энергетического модуля мегаваттной мощности, для строительства которого требуются 20-30 ЭРД по 35-50 кВт. Для реализации этой Президентской программы лучшими являются ИД.
Финальным аккордом, повлекшим за собой развертывание в МАИ и НИИ ПМЭ МАИ активной работы по созданию ВЧ ИД, стало Постановление Правительства РФ №220. Благодаря ему мы смогли привлечь в наш вуз для работы в Лаборатории высокочастотных ионных двигателей (ВЧ ИД МАИ) одного из крупнейших специалистов в этой области - первого разработчика ВЧ ИД, немецкого профессора Хорста Вольфганга Лёба. Он стал победителем первой волны мегагрантов, выделенных Правительством РФ для ведущих ученых.
В лаборатории ВЧ ИД МАИ мы проводим проектно-баллистические исследования для обоснования целесообразности применения ЭРД и ВЧ ИД. Общая цель нашей программы - не только создать в МАИ лабораторную базу мирового уровня для исследования ЭРД нового поколения, но и обеспечить воспитание молодых кадров. Мы привлекли к работе в лаборатории 15 человек в возрасте до 30 лет. Активно проводим стажировку студентов, аспирантов, молодых инженеров МАИ в Гиссенском университете. Ими уже опубликованы статьи в журналах, сделаны доклады на значимых международных конференциях.
На молодежь мы делаем ставку - за ними будущее, для них и создаются новейшая экспериментальная база и все условия, чтобы в области разработок ИД в России в ближайшие годы был сделан качественный скачок. Очень надеемся, что российские разработки окажутся на мировом уровне. К сожалению, мы физически и по финансовым причинам не смогли взять всех молодых инженеров, аспирантов, студентов, горевших желанием работать в нашей лаборатории.
В 2010-2011 годах нам удалось практически полностью модернизировать на самом высоком уровне созданную в предыдущие годы экспериментальную базу. Сейчас предстоит сделать совсем небольшие доработки стендового хозяйства. В ближайшее время, после окончания монтажных работ, на модернизированных стендах можно будет проводить полноценные исследования. Обновленное с помощью средств мегагранта и денег, выделенных МАИ, как национальному исследовательскому университету, оборудование позволит выполнять работы высокой значимости, проводить впервые в стране экспериментальные исследования электромагнитной совместимости ЭРД и систем КА, помехоэмиссии струй СПД и ИД. Созданный нами стенд позволяет ликвидировать в процессе испытаний и исследований влияние металлических вакуумных камер на измеряемые характеристики.
Наше оборудование - очень капиталоемкое, поэтому, конечно, одних лишь средств, которые мы получаем в рамках финансирования по Постановлению Правительства РФ №220, на исследования не хватает. Выручает промышленность, в частности НПО им. С.А.Лавочкина, ИЦ им. М.В.Келдыша, ИСС им. академика М.Ф.Решетнева, ОКБ "Факел", РКК "Энергия". Значительное количество нового оборудования было приобретено за счет финансирования МАИ как национального исследовательского университета. Все вышесказанное повлияло на приглашение нашей лаборатории к работам по Президентскому гранту - программе "Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного уровня" в части разработок мощных ВЧ ИД. Это новая и чрезвычайно перспективная задача.
В октябре ожидается информация о возможном продлении еще на два года мегагранта. МАИ, безусловно, заинтересован в том, чтобы лаборатория ВЧ ИД сохранила свое финансирование в рамках правительственного постановления и в последующие два года. Ибо в этом случае мы действительно сможем сделать дополнительно очень много полезного, ведь у нас уже накопились знания, созданы новейшие стенды, привлечены квалифицированные кадры, включая большой отряд молодежи, для проведения программ исследования, разработок и испытаний ИД разных типоразмеров и мощностей, необходимых для КА ближнего и дальнего космоса. В тесной кооперации с немецкими коллегами в течение последующих двух лет могут быть созданы лабораторные модели ВЧ ИД мощностью 2,5 кВт и 35 кВт, проведены испытания модели двигателя RIT-22 мощностью 5 кВт для КА дальнего космоса. Презентация работ, выполненных в лаборатории ВЧ ИД МАИ, стала одной из самых важных тем на проведенной в июне 2012 года конференции по ЭРД. Конференция вызвала большой интерес в научном сообществе.
Хотелось бы отметить, что мы не ограничиваемся сотрудничеством лишь с немецкими специалистами. Так, в ходе прошедшей IV Российско-германской конференции обсуждались возможности организации совместных проектов и с институтами других стран. Например, научный сотрудник Мадридского технического университета Клаудио Бомбарделли, представивший доклад о методах очистки космического пространства от мусора техногенного и естественного происхождения, об изменении траектории астероидов с помощью ионного пучка, предложил нам создать совместный проект по этой актуальной для мировой космонавтики теме. Прошедшая конференция ясно показала, что необходимо еще теснее взаимодействовать с зарубежными коллегами. Недаром в ее название было вынесено словосочетание "новые вызовы" - их с каждым днем перед ЭРД стоит все больше и больше. Среди них - использование ЭРД для эффективного выведения КА на рабочие орбиты в ближнем и дальнем космосе, применение ЭРД на малых КА. Нынешняя конференция прошла с большим энтузиазмом, "новые вызовы" сплотили нас. В итоге участники встречи приняли решение о проведении следующей, пятой, конференции по ЭРД в конце 2013 года в Германии.

Анна ШАТАЛОВА

Фото автора и НИИ ПМЭ МАИ

[Salo]

http://www.mai.ru/unit/hfie.php

[Salo]

Stan пишет:

 http://www.avecs.ru/Fotos/APU_RUS.pdf
 http://kofanov.miem.edu.ru/documents/sapr_vol.pdf
 http://www.avecs.ru/Fotos/Power_Prosessing_Units.pdf
 http://www.tsenki.com/production_technologies/hiroscopic/control_systems/gyroscopic_angular_velocity_meters/
 http://polus.tomsknet.ru/?id=213

[Salo]

http://www.avecs.ru/Fotos/APU_RUS.pdf

[Salo]

http://www.spacenews.com/article/satellite-telecom/36418intelsat-enlists-space-systemsloral-to-build-is-34-satellite#.Ue7dNKzzPTo

Intelsat Enlists Space Systems/Loral To Build IS-34 Satellite

By Peter B. de Selding | Jul. 23, 2013


SS/L will build the IS-34 C- and Ku-band telecommunications satellite. Credit: SS/L artist's concept

PARIS — Space Systems/Loral (SS/L) will build the IS-34 C- and Ku-band telecommunications satellite for Intelsat under a contract both companies announced July 23.
The IS-34 satellite will operate at 304.5 degrees east, replacing the Intelsat 805 and Galaxy 11 spacecraft at that slot.
To be launched in 2015, IS-34 will fill the capacity gap left following the Feb. 1 failure of a Sea Launch rocket carrying the IS-27 spacecraft. The satellite will serve Latin American broadcast customers and will have beams covering the North Atlantic air and sea routes.
Luxembourg- and Washington-based Intelsat has said it would order a satellite in the place of IS-27 but without the UHF-band payload aboard IS-27 that Intelsat had been unable to sell to its intended customer, the U.S. Department of Defense.
Palo Alto, Calif.-based SS/L said IS-34 would be equipped with SPT-100 electric propulsion units to perform station-keeping functions once the satellite has reached final geostationary position.

[blik]

Вопрос уважаемым экспертам.
Морозов в одной из статей упоминал, что можно сделать СПД до мощности 300 кВт., а для большей мощности нужны другие схемы.
Какая конструктивная особенность ограничивает максимальную мощность СПД?

[Salo]

http://www.4-traders.com/SAFRAN-4696/news/SAFRAN--Four-Snecma-plasma-thrusters-now-in-operation-on-Alphasat-satellite-17184468/

SAFRAN : Four Snecma plasma thrusters now in operation on Alphasat satellite
08/12/2013 | 09:52am US/Eastern

12.08.2013
Four Snecma plasma thrusters now in operation on Alphasat satellite

PRESS RELEASE

Courcouronnes, France - August 12th, 2013. Snecma (Safran) announced today that its four PPS®1350-G plasma thrusters on the Alphasat satellite, launched on July 25 by an Ariane 5 rocket for Inmarsat, were commissioned. The commissioning took place in successive stages, from August 9th to August 10th, as planned.

Alphasat is the first satellite built by Astrium using the new Alphabus platform developed jointly by Astrium and Thales Alenia Space with the support of the European Space Agency (ESA) and the French space agency CNES (Centre National d'Etudes Spatiales). The satellite's four PPS®1350-G plasma thrusters, each rated at 1.5kW and developing 9 grams of thrust, will be used for North-South Station Keeping in the satellite's geostationary orbit, throughout its design life of 15 years.

"The successful commissioning of this system and our considerable in-orbit experience with other plasma thrusters provided by Snecma clearly validated our strategy in this sector," said David Quancard, head of Snecma's Space Engines division. "Using this technology instead of conventional chemical propulsion saves weight, extends satellite life and offers more operational flexibility. There is now huge demand from satellite prime contractors for plasma propulsion systems."

Snecma has developed electric thrusters for satellites for more than 30 years. Since 1991, the company has focused on the development of plasma propulsion systems. The first PPS®1350 thruster propelled ESA's Smart-1 lunar probe from Earth orbit to Moon orbit in a successful mission lasting from 2003 to 2006, logging some 5,000 hours of operation. Snecma has already delivered Thruster Module Assemblies (TMA) for seven Astrium satellites using the Eurostar 3000 platform, and in 2012 it delivered the Electric Propulsion Thruster Assembly (EPTA) for the first Small Geo platform, intended for the Hispasat AG1 satellite.

Snecma is now developing a family of thrusters and propulsion systems offering 3 to 100 grams of thrust to meet evolving market requirements. Demonstration tests since 2006 have generated conclusive results, enabling Snecma to offer electric propulsion solutions for satellite orbit transfer. ESA and CNES have already chosen four PPS®1350-E (2.5kW) and four PPS®1350-S (1.5kW) thrusters for the new Alphabus Improvement platform, to be used, respectively, for orbit transfer and Station Keeping.

[Vladislav]

Пресс-релиз Немецкого Аэрокосмического Центра (DLR) о вакуумной камере для испытаний ЭРД (27 октября 2011 года)
http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10256/366_read-1792/#gallery/3584
(на немецком языке)

мой кривой перевод

Немного космоса на земле - DLR-Гёттинген вводит в эксплуатацию вакуумную камеру для испытаний электрических двигательных установок космических аппаратов

236 кубических метров космоса посреди Гёттингена. В Немецком Аэрокосмическом Центре (DLR) в будущем можно будет проводить исследования двигателей космических аппаратов в реальных условиях. 27 октября 2011 была открыта новая экспериментальная установка STG-ET (Гёттингенская Установка для Моделирования Истекающих Струй - Электрические Двигатели). Ее основным элементом является новая вакуумная камера, в которой на земле моделируется часть космического пространства. Исследователи испытывают здесь электрические двигательные установки при температурах до минус 268 градусов Цельсия. Установка STG-ET делает Гёттинген одним из наиболее значимых европейских центров по исследованиям двигателей космических аппаратов.

Европейский эталон

"Этот стенд дает новые технологические возможности для разработки двигательных установок и он должен стать стать европейским эталоном для испытаний двигателей", сказал Проф. Johann-Dietrich Wörner, председатель совета директоров DLR, во время торжественного открытия. Размер установки - она имеет длину 12 метров, и диаметр 5 метров - позволяет испытывать в ней элементы спутников целиком. В будущем в ней должны проводится долговременные испытания двигательных установок, а также исследоваться влияние истекающей струи на спутник. "Отличительной особенностью данной установки по сравнению с другими, уже существующими в Европе, является максимальное приближение условий к реальным. Остаточный вакуум, который мы можем здесь получить, является уникальным", говорит Проф. Andreas Dillmann, директор института Аэродинамики и Гидромеханики DLR.

DLR уже в течение десятилетий исследует в Гёттингене взаимодействие между струями химических двигателей ориентации и космическими аппаратами. Установка STG-ET расширяет возможности этих исследований, распространяя их на электрические двигатели. STG-ET должна дополнить существующую, а также еще одну строящуюся установку, до центра компетенции (Kompetenzzentrum) Нижней Саксонии в области малых и микродвигателей. "Новый центр является великолепной лабораторией для исследований в условиях, соответствующих условиям космического пространства. Эта лаборатория не только усилит позиции Нижней Саксонии в качестве центра по исследованию двигательных установок спутников европейского значения, но также будет служить привлекательной образовательной платформой для подрастающего поколения наших ученых", сказала проф. Johanna Wanka, министр Науки и Культуры Нижней Саксонии.

Фантастика и реальность

Электрические двигательные установки, - например ионные, - известны давно, главным образом в научной фантастике. Хотя пионер ракетной техники Герман Оберт открыл этот принцип еще в 20ых годах. Сегодня электрические двигатели становятся все важнее для космонавтики. Особенно будет возрастать их значение для компактных спутников, межпланетных полетов и формаций спутников. В таких двигателях атомы рабочего вещества (чаще всего ксенона) ионизируются. Затем они ускоряются до высокой скорости электрическим полем и выбрасываются наружу. При этом рабочее вещество может значительно эффективнее использоваться для создания тяги чем в обычных химических двигательных установках, в которых топливо сжигается или разлагается каталитически. Однако ионные струи неизбежно ударяют в элементы космического аппарата и могут вызвать повреждения. Например, солнечные батареи - электростанции спутника - могут потускнеть и в конце концов выйти из строя. Исследовать эти процессы и минимизировать негативные эффекты является целью ученых Гёттингена. Для этого необходимо точно знать характеристики ионной струи и ее влияние на различные материальные поверхности и обеспечить как можно более близкое к реальности воспроизведение космического вакуума. Такая возможность будет иметься в новой установке STG-ET с охлаждаемым гелием криогенным насосом. Чтобы истекающая из двигателя струя не отражалась от стенки и не искажала измерения, частицы газа просто примерзают к охлаждаемой стенке.

В постройку установки STG-ET было инвестировано четыре миллиона евро.

[Vladislav]

Параметры установки (на английском):
http://www.dlr.de/as/en/desktopdefault.aspx/tabid-190/391_read-33138/

[/li]
• Electric thrusters of up to 25-50kW
  
• Engine lifetime tests and operation with different gases
  
• Thrust and thrust vector measurement
  
• Measurement equipment for ion beam profile measurements also in the backflow
  
• Liquid helium boost pump, up to 400,000 l/s, non-intermittent operation for about 24 hours per week
  
• Horizontal axis chamber with 169 mounting ports
  
• Operation customer oriented, stable/reference conditions
  

Можно сравнить с камерой, используемой для испытаний VASIMIR: объем 150 м3, скорость откачки 200,000 л/с.

[Mark]

NASA для большинства миссий в дальнем космосе планирует использовать ионные двигатели NEXT, 10 Сен 2013

Ещё не так давно ионные двигатели существовали лишь в воображении писателей-фантастов. Но после многих лет научных исследований и разработок NASA готово оборудовать некоторые из своих самых важных полётов в глубокий космос ионными двигателями. Используя заряженные частицы, такие двигатели могут придать космическому кораблю ускорение в 140 тысяч км/час.

Проект НАСА NEXT (NASA's Evolutionary Xenon Thruster), которым управляет Glenn Research Center завершил тест, в рамках которого ионный двигатель вырабатывал энергию на протяжении более 48 тысяч часов. Это пять с половиной лет работы двигателя, что делает тест самым длительным за всю истории аэрокосмических испытаний. Испытания двигателя NEXT проходили в вакуумной камере исследовательского центра НАСА Glenn Research Center, который располагается в Кливленде, штат Огайо.

NEXT уникален в плане экономичности потребляемого топлива. В частности, потребовалось всего 860 кг ракетного топлива (ксенона). Для сравнения, обычная ракета израсходовала за аналогичный период порядка 10000 кг ракетного топлива. Обеспечивая постоянной тягой в течении длительного периода времени, электрические двигатели, такие как NEXT, могут ускорять космический аппарат, используя для этого меньше чем 1/10 ракетного топлива химической ракеты. Перспективу использования ионных двигателей можно рассмотреть на примере быстроходного судна и старенького корабля. В то время как быстроходное судно тратит на стремительный разгон огромное количество топлива, «вдавливая педаль газа до упора», старое судно увеличивает скорость медленно и постепенно. Учитывая расстояния в космосе, старенький космический аппарат в конечном итоге превзойдёт своего оппонента, преодолев большее расстояние и потратив на это меньше ракетного топлива.
NEXT является частью класса солнечных электрических двигателей (SEP). Какой принцип их работы? Главный исследователь Michael Patterson объясняет, что SEP используют электричество, вырабатываемое солнечными батареями, чтобы обеспечить двигатель необходимой энергией, а принцип работы заключается в разгоне ионизированного газа ксенона с помощью электростатического поля. Также учёный акцентирует внимание на том, что за счёт уменьшения потребления ракетного топлива, необходимого для полёта, значительно снижается вес самого космического корабля.  
Таким образом проектировщики миссий могут либо уменьшить размер необходимого ракета-носителя, либо увеличить полезную нагрузку.По словам Patterson, практическая ценность ионных двигателей заключается именно в максимизации полезной нагрузки и рациональном потреблении ресурсов нашей планеты. Исследователь добавил, что NEXT сможет обслуживать многократные полёты в космическое пространство, обеспечивая при этом великолепную топливную экономичность

http://kosmo-apparaty.ru/novosti/100913-next.htm

[Salo]

http://www.spacenews.com/article/satellite-telecom/37714ses-partners-with-european-space-agency-ohb-to-build-all-electric

SES Partners with European Space Agency, OHB To Build All-electric Satellite
By Peter B. de Selding | Oct. 15, 2013

The first Electra flight, as an SES spacecraft, could occur in 2018. Credit: ESA artist's concept

TOULOUSE, France — Satellite fleet operator SES, in a decision that would have been unthinkable just a few years ago, on Oct. 15 contracted with the European Space Agency (ESA) and satellite builder OHB AG for the design of an all-electric telecommunications satellite.
The decision, which was expected given the new commitment to ESA by SES's home government of Luxembourg, carries ESA's Electra program through its design phase. The one-year contract is valued at 12 million euros ($16 million) and is all but certain to be followed by full Electra development.
The Phase 1 contract is financed 70 percent by ESA and 30 percent by SES and Bremen, Germany-based OHB. SES is Electra's prime contractor for the design phase, and OHB is SES's subcontractor. The Luxembourg government has said it plans to invest 17 million euros in the Electra program.
Depending on the speed of the follow-on construction contract, the first Electra flight, as an SES spacecraft, could occur in 2018.
SES views Electra as part of a strategy to encourage — and even act as a midwife to — new developments in satellite production and satellite launch services. For Electra, SES is acting as prime contractor for an ESA program, which is a new role for the commercial fleet operator.
Even as it signed the Electra deal, in the presence of ESA managers and Luxembourg government officials, SES's SES-8 telecommunications satellite is preparing for a mid-November launch aboard the new Falcon 9 v1.1 rocket built by Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) of Hawthorne, Calif.
The SpaceX rocket has never flown to SES-8's intended drop-off point in geostationary transfer orbit. Not so long ago, the conservatively managed SES would have refused to place a satellite on a vehicle that had never demonstrated, in flight, its ability to perform the mission.
But SES has grown into a company with a nearly 50-satellite fleet, giving it in-orbit positioning flexibility that allows it to take heretofore unacceptable risks.
Similarly, SES and the Luxembourg government have been almost nonexistent from the perspective of the 20-nation ESA, based in Paris. Luxembourg's decision at the November 2012 ESA ministerial council to invest in ESA's telecommunications program in a big way was overshadowed by the British government's decision to do the same thing. But Luxembourg is now a power in ESA's expanding telecommunications directorate.
The Electra satellite will employ the Small-Geo platform, financed by ESA and the German government, being developed by OHB. Spanish commercial satellite operator Hispasat has agreed to purchase the first Small-Geo satellite in an example of ESA's increasingly dynamic public-private partnership effort.
Electra is the latest of these.
SES Chief Executive Romain Bausch, in a statement after the Electra contract signing, said: "With ESA as an institutional partner and OHB as a technological partner, we forge a strong combination to create a new and commercially competitive satellite platform in Europe. For SES, being able to rely on all-electric satellites, in combination with innovative launch services, is becoming of primary strategic importance ... .
"All-electric satellites are part of the key innovation roadmap identified by SES."
SES officials have said they are likely to order an all-electric satellite from Boeing Space and Intelligence Systems of El Segundo, Calif., but that, as in the case with launch vehicles, the company wants to assure a diversity of supply.
The company has also been involved in ESA's effort to seek satellite owner input on the design of a next-generation Ariane 6 rocket, and has gone so far as to say it would commit to a certain frequency of use of the rocket if the design were right.
ESA governments are scheduled to meet in December 2014 to decide the way forward on launch vehicles.

[Алексей Любопытный]

Здравствуйте граждане. Наконец-то я смог зарегистрироваться на вашем сайте.

Очень интересна тема ТЭМ и связанных с ней тем ЯЭУ и ЭРД.

У меня есть одна мысль, может тут умный физик-электрик сможет подтвердить или опровергнуть мои размышления.

Сейчас устройство ТЭМ предполагается следующее:
1. ЯЭУ вырабатывает горячий газ.
2. Горячий газ вырабатывает электроэнергию в турбине.
3. Электроэнергией разогревается рабочее тело ЭРД.

Можно ли сократить этот путь? Я предлагаю генерировать магнитные поля и высокочастотные электромагнитные колебания в самом ЭРД с помощью вращения якоря в ЭРД горячими газами генерируемыми ЯЭУ. Такая схема позволит повысить КПД двигателя, т. к. исключает промежуточные потери.

Я уже досконально забыл физику преподаваемую в институте, но осколки знания что-то заставляют представлять в устройстве такого двигателя. Помог бы кто-нибудь нарисовать такой двигатель?

Задача ЭРД плазмодинамического типа удержать ионизируемую струю газа в узком шнуре и нагреть её каким либо способом.

Тут засветился новый ЭРД от КБХА - ЭРД-01. Допустим вокруг двигателя электромагнит в виде соленоидной катушки проводника. Ток текущий по такой катушке будет создавать магнитное поле, которое в центре катушки, как раз там где протекает ионизированный шнур плазмы, создает магнитное поле направленное на выход к соплу.

Пускай якорь в центре катушки состоит из двух магнитных половинок отрицательной и положительной. Если мы будем раскручивать такой якорь энергией горячих газов выходящих из ЯЭУ, то магнитные полюса начнут вращаться. Для чего это нужно? Я предлагаю ионизировать газ эффектом, который применяется в двигателе VASIMIR. Там используют СВЧ ЭМ поле для "отрыва" электрона от ядра атома методом резонанса. Т. е. ЭМ поле раскручивает атомы вокруг своей оси и структура электрон-атом приобретая вращательное движение. Причем, в момент вращения электрон то приближается, то отходит от ядра атома на определенное расстояние. У атомов есть определенная частота на которой электрон совершая колебательные движения от и к ядру атома входит в резонанс, который позволяет ему в определенный момент отойти достаточно далеко от ядра и стать свободным. Так происходит ионизация.

Не суть важно как на самом деле отрывается электрон, главное в моей идее это сократить путь энергии от генерации горячих газов до ионизации рабочего тела двигательной установки. Можно ли создать подобную схему?

[Алексей Любопытный]

Можно объединить генератор электрического тока с ЭРД. Чтобы подавать ток на катушки соленоида создающего магнитное поле для удержания шнура.

[Saul]

 У плазмотронов нет верхнего предела температуры, а у твёрдой фазы есть. Из чего делать?