Плазменный ракетный двигатель VASIMR

[KBOB]

Кстати я тут недавно обнаружил, что в России создается аналогичный двигатель использующий геликонный разряд для ионизации рабочего тела и превращения его в плазму - Курчатовский институт должен в 2021 году создать прототип плазменного ракетного двигателя мощностью 100 кВт для дальнего космоса

За 750 млн рублей институт должен к декабрю 2021 года создать макет прототипа БПРД с введением электрической мощности до 100 кВт для исследований основных характеристик (тяга до 3 Ньютонов, удельный импульс до 5000 секунд) на модернизированном стенде Е-1 в импульсном режиме.
      "На повестке дня стоит проблема создания мощных плазменных ракетных двигателей, способных обеспечить выполнение гораздо более масштабных задач по освоению ресурсов космического пространства", - отмечается в документе. Кроме того, будет разработан конструктивный облик прототипа лётного варианта такого двигателя и стенда для его испытания.
      Также договором предусмотрена обязанность Курчатовского института сформулировать технические требования к стенду для обеспечения работ по плазменному двигателю мощностью 1 мегаватт.
      По окончании работ должен быть создан и испытан лабораторный макет двигателя со сверхпроводящей магнитной системой, разработан облик его лётного варианта.
      В нем говорится, что в практическом решении этой проблемы в наибольшей степени продвинулись разработчики компании AdASTRA (США), работающие под патронажем NASA. В рамках проекта VASIMR был разработан прототип лётного варианта двигателя, который уже проходит заключительную стадию наземных испытаний, после завершения которых планируется создание специального космического корабля для испытаний в условиях космоса.

российский прототип, чье подробное описание приведено в статье ТЕРМОЯД И КОСМОС, выглядит скромнее своего американского аналого.

Вам недоступны вложения в этом разделе.

Характеристики российского двигателя также уступают американскому, чья тяга составляет до 6 Ньютонов при мощности до 200 кВт.

[KBOB]

It seems to me it`s like a race between us and them!

[Bart Hendrickx]

Кстати я тут недавно обнаружил, что в России создается аналогичный двигатель использующий геликонный разряд для ионизации рабочего тела и превращения его в плазму - Курчатовский институт должен в 2021 году создать прототип плазменного ракетного двигателя мощностью 100 кВт для дальнего космоса

Смотрите и соседнюю тему:

https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?topic=18400.3660
(#3664)

Видимо, прототип двигателя VASIMIR разрабатывается не только в Курчатовском институте, но и в ТРИНИТИ. Характеристики разные.

[KBOB]

Кстати я тут недавно обнаружил, что в России создается аналогичный двигатель использующий геликонный разряд для ионизации рабочего тела и превращения его в плазму - Курчатовский институт должен в 2021 году создать прототип плазменного ракетного двигателя мощностью 100 кВт для дальнего космоса

Смотрите и соседнюю тему:

https://forum.novosti-kosmonavtiki.ru/index.php?topic=18400.3660
(#3664)

Видимо, прототип двигателя VASIMIR разрабатывается не только в Курчатовском институте, но и в ТРИНИТИ. Характеристики разные.

не знаю что в ТРИНИТИ разрабатывают, возможно МГД....а возможно ничего не разрабатывают, Курчатник же должен уже к декабрю 2021 года создать макет прототипа БПРД с введением электрической мощности до 100 кВт - осталось два месяца!

[KBOB]

У нас предлагали использовать ВТСП в магнитах для VASIMR/БПРД - РАЗРАБОТКА, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЯ СИЛЬНОТОЧНЫХ ТОКОНЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ ВТСП ЛЕНТ 2-ГО ПОКОЛЕНИЯ

на с.33

VASIMR (variable specific impulse magnetoplasma rocket) - электромагнитный плазменный ускоритель с изменяемым удельным импульсом. Устройства, работающие по данной схеме, состоят из геликонной и ионно-циклотронной антенн и магнита, обеспечивающего изоляцию плазмы от стенок, ввод высокочастотной энергии в плазму, и перевод тепловой энергии плазмы в кинетическую энергию, создающую тягу. В область геликонного резонанса впрыскивается рабочее тело, ионизируется там, образовавшаяся плазма нагревается до рабочих температур ~ 1 МК и выше в области ионно-циклотронного резонанса (ИЦР). Затем в области магнитного сопла вращательное движение ионов переходит в поступательное, создавая тягу, с опорой на магнитное поле. На далеком расстоянии от сопла ускоренные ионы срываются с силовых линий магнитного поля. Управляя соотношением ВЧ мощностей в геликонной и ионно-циклотронной антеннах, можно менять удельный импульс рабочего тела и тягу. Чем выше доля геликонной мощности, тем больше количество плазмы и выше тяга. При повышении доли ионно-циклотронной мощности возрастает температура плазмы, скорость ионов, и, соответственно, удельный импульс.
Профиль магнитного поля примерно одинаков для подобных устройств. Величина максимального магнитного поля влияет на многие параметры двигателя. Наиболее важные параметры, определяемые величиной поля, это, во-первых, радиус плазменного шнура - он тем меньше, чем меньше ларморовский радиус вращения ионов, то есть, чем выше поле. Кроме того, плотность энергии плазмы серьезно возрастает с увеличением амплитуды поля в области ионно-циклотронного резонанса, поэтому в мощных двигателях будет целесообразно поле в несколько Тл, от 2 Тл и больше, в зависимости от мощности двигателя. Такой стационарный магнит на космическом корабле может быть только сверхпроводниковым.

Компании Ad Astra таки удалось создать сверхпроводящий магнит для своего двигателя.

[KBOB]

А вот в России сверхпроводящие магниты для безэлектродного плазменного ракетного двигателя (БПРД) запланировано только на 2024г     

К 2024 году ВНИИНМ создаст сверхпроводники для ракетных двигателей и квантовых компьютеров

В России разрабатывается безэлектродный плазменный ракетный двигатель (БПРД) для освоения дальнего космоса, это часть комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года». Программа проходит согласование в правительстве.

Работа БПРД, в отличие от химических ракетных двигателей, основана на истечении плазмы: топливо (газ), попадая в рабочую камеру, сначала ионизируется до состояния холодной плазмы (около 6 тыс. К), а затем за счет эффекта электронно-циклотронного нагрева доводится до температуры несколько миллионов кельвинов. Для направления потока плазмы и создания тяги, а также удержания плазмы от взаимодействия со стенками камеры используются соосные сверхпроводящие магниты. «БПРД хорош тем, что у него довольно высокий удельный импульс, что поможет космическому кораблю развить необычайно высокую скорость, -- рассказывает Павел Лукьянов. -- Расход топлива достаточно низкий. По расчетам, такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться».

Во ВНИИНМ к 2024 году сделают макет магнитной системы БПРД. «Ракетный двигатель должен быть достаточно легким и энергоэффективным -- использование магнитов из высокотемпературных сверхпроводников для этих целей предпочтительно», -- говорит Павел Лукьянов. Магнитная система будет состоять из 20 катушек из сверхпроводящих лент толщиной порядка 100 мк и шириной около 4 мм. «ВТСП -- нежный материал. Чтобы при намотке ленты не пострадали, необходимо поработать над свойствами, упрочнить материал», -- добавляет Павел Лукьянов.
Уже есть эскиз катушек макета магнитной системы, ученые начали готовить материалы для производства лент.

[Бертикъ]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

[vlad7308]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

а наверняка так же, как Чанг Диас в свое время рисовал.
Типа - если бы да кабы была б у нас энергоустановка на 200МВт, да с удельной мощностью 2кг\кВт, то мы бы уххх за три месяца на Марс

[KBOB]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

Расчет за них сделали в США, но российский двигатель фактически копия американского.

Fast and Robust Human Missions to Mars with Advanced Nuclear Electric Power and VASIMR® Propulsion

[KBOB]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

а наверняка так же, как Чанг Диас в свое время рисовал.
Типа - если бы да кабы была б у нас энергоустановка на 200МВт, да с удельной мощностью 2кг\кВт, то мы бы уххх за три месяца на Марс

Поскольку каждый двигатель является магнитным диполем, то нужно как минимум два таких двигателя в связке, чтобы образовался квадруполь, а так то можно и десять таких двигателей поставить на один космолет.
Вообще Россия должна в этом направлении ускорится - перспективная область.

[Бертикъ]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

а наверняка так же, как Чанг Диас в свое время рисовал.
Типа - если бы да кабы была б у нас энергоустановка на 200МВт, да с удельной мощностью 2кг\кВт, то мы бы уххх за три месяца на Марс

Да тут дело даже не в энергоустановке. Пусть мечтают сколько угодно.
Дело в школьном курсе физики. Равноускоренное движение.
Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

[vlad7308]

зачем проверять
просто подставьте в свою формулу вместо 100квт и 5Н - 200МВт и 10,000Н
ну и массу возьмите 500т
саааавсэм другие получатся месяцы

[KBOB]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

а наверняка так же, как Чанг Диас в свое время рисовал.
Типа - если бы да кабы была б у нас энергоустановка на 200МВт, да с удельной мощностью 2кг\кВт, то мы бы уххх за три месяца на Марс

Да тут дело даже не в энергоустановке. Пусть мечтают сколько угодно.
Дело в школьном курсе физики. Равноускоренное движение.
Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

они же не на одном двигателе полетят, тем более ночью (С) ! 
если серьезно то там из параметров двигателя нужно эффективность и отношение массы к мощности.

[Бертикъ]

такой двигатель позволит за несколько месяцев долететь до Марса и вернуться

Вот посмотреть бы их расчеты, как они на тяге 5 Н собираются это сделать...

а наверняка так же, как Чанг Диас в свое время рисовал.
Типа - если бы да кабы была б у нас энергоустановка на 200МВт, да с удельной мощностью 2кг\кВт, то мы бы уххх за три месяца на Марс

Да тут дело даже не в энергоустановке. Пусть мечтают сколько угодно.
Дело в школьном курсе физики. Равноускоренное движение.
Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

они же не на одном двигателе полетят, тем более ночью (С) ! 
если серьезно то там из параметров двигателя нужно эффективность и отношение массы к мощности.

Как видите, для оценки времени перелета вообще никакие характеристики не нужны.
Тут один закон - либо летим долго, но экономично (ЭРД), либо относительно быстро, но затратно (ЖРД).
А так, чтобы быстренько смотаться за несколько месяцев на марсианский пикник, такое бывает только в русских народных сказках - вон печка у Емели быстро бегала таки совсем без двигателя)))

[Alex_II]

вон печка у Емели быстро бегала таки совсем без двигателя)))

Кто сказал что без? А котел туда зачем вмазан был? Типичный паровой дилижанс в оригинальном российском исполнении...

[Бертикъ]

вон печка у Емели быстро бегала таки совсем без двигателя)))

Кто сказал что без? А котел туда зачем вмазан был? Типичный паровой дилижанс в оригинальном российском исполнении...

Согласен! )) Источник энергии в наличии точно был. А вот самого движителя что-то не припомню. Надеюсь, не VASIMIR))

[Верный Союзник с Окинавы]

Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

Тут ИМХО, нужно брать минимальную потребную делта-вэ - гомановскую.

Любая "быстрая" траектория затратна в плане дельты-вэ, потому и не используется химией. А большая дельта-вэ = долгое время разгона, чтобы эту дельту собственно развить.

У меня вышло ускорение в 0,00005 м/с2. С НОО до второй космической разгон займёт 743 дня...

Дальше можно даже не считать.

[Бертикъ]

Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

Тут ИМХО, нужно брать минимальную потребную делта-вэ - гомановскую.

Любая "быстрая" траектория затратна в плане дельты-вэ, потому и не используется химией. А большая дельта-вэ = долгое время разгона, чтобы эту дельту собственно развить.

У меня вышло ускорение в 0,00005 м/с2. С НОО до второй космической разгон займёт 743 дня...

Дальше можно даже не считать.

Вот и я о том же! Но фраза про "на Марс за несколько месяцев" прочно прижилась среди любителей распилов))

[KBOB]

Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

Тут ИМХО, нужно брать минимальную потребную делта-вэ - гомановскую.

Любая "быстрая" траектория затратна в плане дельты-вэ, потому и не используется химией. А большая дельта-вэ = долгое время разгона, чтобы эту дельту собственно развить.

У меня вышло ускорение в 0,00005 м/с2. С НОО до второй космической разгон займёт 743 дня...

Дальше можно даже не считать.

на сто тонн, нужно больше двигателей брать - штук сто!

[Бертикъ]

Возьмем идеальный гипотетический вариант - движемся всю дорогу равноускоренно напрямую к Марсу по самому короткому расстоянию:
F=5 Н
М=100 т (взял по-минимуму)
S=6e+10 м
У меня получился перелет только в один конец длительностью 1,5 года. Даже для такого гипотетического варианта. Кому не лень, можете меня проверить.

Тут ИМХО, нужно брать минимальную потребную делта-вэ - гомановскую.

Любая "быстрая" траектория затратна в плане дельты-вэ, потому и не используется химией. А большая дельта-вэ = долгое время разгона, чтобы эту дельту собственно развить.

У меня вышло ускорение в 0,00005 м/с2. С НОО до второй космической разгон займёт 743 дня...

Дальше можно даже не считать.

на сто тонн, нужно больше двигателей брать - штук сто!

Так при этом и масса энергоустановки возрастет в сто раз)))
А ускорение и время полета практически не изменятся.