RU2131176C1 - Установка для активного воздействия на ионосферу земли - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к установкам для активного воздействия на околоземное космическое пространство. Установка содержит торцевой плазменный ускоритель с анодом и полым катодом, экзотермический стартовый нагнетатель катода с разрушаемыми заглушками, блок электропитания и блок управления. В качестве блока электропитания установки применены тепловые батареи. В состав установки входят объединенные системы хранения, подачи и испарения рабочего тела, одна из которых выполнена в виде пористого цилиндра и установлена на полом катоде, а другие расположены автономно и совместно с тепловыми батареями и являются тепловым экраном для плазменного ускорителя. Изобретение направлено на повышение эффективности активного воздействия на околоземное космическое пространство путем одновременной инжекции плазмы и паров различных веществ, например бария, лития, цезия, натрия. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к установкам для активного воздействия на околоземное космическое пространство.

Известна плазменная установка [1], состоящая из двух идентичных генераторов плазмы, блоков коммутации и управления, запускающих режим генерации плазмы. Недостатком этой плазменной установки являются низкая концентрация заряженных частиц и сложное управление. При использовании этой установки для ионосферных экспериментов возникают трудности с ее запуском за короткое время, при этом поток плазмы с низкой концентрацией заряженных частиц не оказывает заметного влияния на ионосферу. Кроме того, установка не позволяет инжектировать в околозенмое космическое пространство (ОКП) пары различных веществ.

Также известна установка для экспериментов "Комби-плазма" [2] по исследованию взаимодействия плазменной струи с ионосферой, состоящая из инжектора плазмы, имеющего анод, полый катод, пассивную капиллярную систему подачи рабочего тела и экзотермические нагреватели анодного и катодного узлов, систем электропитания и управления.

Недостатком этой установки являются также низкая концентрация заряженных частиц вследствие малого расхода рабочего тела 0,02-0,05 г/мин, слабое влияние на ионосферу и невозможность инжекции в околоземное космическое пространство (ОКП) паров различных веществ.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является установка [3] для инжекции плазмы в ионосферу, содержащая торцевой плазменный ускоритель с анодом, полым катодом, коаксиально которому, вплотную к его внешней поверхности, установлен экзотермический стартовый нагреватель, в герметичном корпусе которого установлены разрушаемые заглушки при температуре разрушения 300-400^oC, система хранения и подачи рабочего тела, блоки электропитания и управления, при этом система хранения и подачи рабочего тела выполнена в виде газовытеснительной системы с эластичной разделительной мембраной, изготовленной из фторкаучуковой резины, причем полость газовытеснительной системы подачи заполнена щелочными металлами или их сплавами и соединена с полым катодом через трубопровод, а газовая полость системы подачи подключена к ресиверу с газом. Система испарения рабочего тела выполнена отдельно от системы хранения и подачи рабочего тела.

Недостатком этой установки является то, что ее запуск и работа зависят от температуры окружающей среды, а также от того, что система подачи и хранения рабочего тела разделена с системой испарения, и требуются дополнительные затраты энергии на стартовый разогрев и поддержание установки в рабочем состоянии. Это ухудшает стабильность подачи рабочего тела и величину его расхода. В связи с этим уменьшаются КПД установки, надежность ее функционирования и увеличиваются массогабаритные характеристики установки. Еще одним недостатком установки является невозможность одновременно с плазмой инжектировать пары различных веществ.

Предлагаемым изобретением решается задача повышения эффективности активного воздействия установки на ОКП путем одновременной инжекции плазмы и паров различных веществ.

Поставленная задача достигается тем, что плазменная установка для активного воздействия на ионосферу, содержащая плазменный ускоритель с анодом, полым катодом, коаксиально которому вплотную к его внешней поверхности установлен экзотермический стартовый нагреватель с разрушаемыми заглушками в герметичном корпусе, систему хранения, систему подачи и систему испарения рабочего тела, блок электропитания и блок управления, дополнительно снабжена одной или несколькими объединенными системами, одновременно обеспечивающими хранение, подачу и испарение рабочего тела, одна из которых выполнена в виде пористого цилиндра, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде, а другие установлены автономно. В качестве блока электропитания применены тепловые батареи, которые расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности и совместно с автономными системами хранения, подачи и испарения рабочего тела являются тепловым экраном для плазменного ускорителя, кроме того, каждая объединенная автономная система хранения, подачи и испарения рабочего тела снабжена источником тепла и пирозапалом, электрически соединенным с блоком электропитания и блоком управления через коммутирующее устройство, при этом указанные автономные системы расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его стороны и выполнены с двумя герметичными внутренней и внешней полостями, причем внутренняя полость содержит выпускной тракт и пористый элемент, заполненный рабочим телом, а во внешней полости, расположенной коаксиально вокруг пористого элемента, размещен источник тепла, в качестве которого используется экзотермическая смесь с помещенным в нее пирозапалом, электрически связанным с выходными клеммами тепловых батарей, при этом в выпускном тракте выполнены одно или несколько отверстий, закрытых герметичными заглушками, разрушаемыми теплом, поступающим от источника тепла, причем указанный выпускной тракт не связан с плазменным ускорителем.

Объединение систем хранения, подачи и испарения рабочего тела позволяет оптимизировать массогабаритные характеристики и уменьшить затраты на стартовый нагрев установки.

Введение в установку автономных систем хранения, подачи и испарения рабочего тела с источниками тепла и пирозапалами дает возможность активно воздействовать на ОКП не только путем инжекции плазмы, но и путем инжекции паров других веществ. Подключение пирозапалов автономных систем через коммутирующие устройства к блоку управления обеспечивает автономность работы, а также их оптимальное использование и способствует повышению эффективности работы всей установки. Кроме того, применение тепловых батарей делает запуск и работу установки независимой от окружающей среды.

Изобретение поясняется фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой установки. Установка состоит из торцевого плазменного ускорителя 1 с полым катодом 2, анодом 3, экзотермическим стартовым нагревателем 4, в корпусе которого установлены разрушаемые заглушки 5 с температурой разрушения 300...400^oC, объединенных систем хранения, подачи и испарения рабочего тела, одна из которых выполнена в виде пористого цилиндра 6, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде со стороны, противоположной той, из внутренней полости которой в разрядную полость 7 подаются пары рабочего тела через одно или несколько отверстий 8, которые закрыты герметичными заглушками 9, разрушаемыми от тепла, поступающего от блока электропитания 10, состоящего из одной или нескольких тепловых батарей с экзотермическими нагревателями 11, которые расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности. Плазменный ускоритель электрически соединен с выходными клеммами источника электропитания, в котором пирозапал 12 одной из тепловых батарей 13, являющейся стартовой тепловой батареей, соединен с блоком управления 14, выдающим команду на пуск плазменного ускорителя, и выходные клеммы этой стартовой тепловой батареи электрически соединены с клеммами пирозапалов 15 остальных тепловых батарей и клеммами пирозапала 16 экзотермического стартового нагревателя 4.

На фиг. 2 показана схема расположения автономных систем подачи, хранения и испарения рабочих тел относительно плазменного ускорителя.

Автономные системы подачи, хранения и испарения различных рабочих тел 17 с пирозапалами 18 расположены коаксиально плазменному ускорителю и вместе с тепловыми батареями 11, 13 являются тепловым экраном для плазменной установки. Причем емкость с рабочим телом 19 расположена во внутренней полости автономной системы и выполнена в виде пористого тела, вокруг которого во внешней полости 20 расположен источник тепла с пирозапалом 18. В качестве источника тепла используется экзотермическая смесь. Пирозапалы 18 автономных систем 17 связаны с блоком электропитания 10 через коммутирующие устройства 21.

Работа установки начинается с подачи команды от блока управления 14 на пирозапал 12 стартовой тепловой батареи 13. После разогрева этой тепловой батареи она срабатывает и появляется ЭДС на внешних клеммах. Так как выходные клеммы тепловой батареи 13 электрически связаны с пирозапалами остальных тепловых батарей 15 и пирозапалом 16 стартового экзотермического нагревателя 4, происходит их срабатывание и появляется ЭДС, которая подается на электроды 2, 3 плазменного ускорителя 1.

После разогрева катода 2 и пористого цилиндра 6 разрушаются заглушки 9 и рабочее тело через отверстия 8 поступает в разрядную полость 7 и осуществляется запуск плазменного ускорителя 1.

Срабатывание автономных систем хранения, подачи и испарения различных рабочих тел осуществляется в процессе работы установки в зависимости от принятой логики, заложенной в блок управления 14, путем подачи напряжения от блока электропитания 10 на пирозапалы 18 автономных систем хранения, подачи и испарения 17 через коммутирующие устройства 21.

Подача пара в ОКП из автономных систем подачи осуществляется через специальный выпускной тракт 22, которым оснащена внутренняя полость 19 с пористым телом, при этом выпускной тракт снабжен одним или несколькими отверстиями 23, закрытыми герметичными заглушками 24, разрушаемыми теплом, поступающим от источника тепла с пирозапалом 18.

Установка может обеспечить подачу в ОКП плазмы и паров различных рабочих тел с разными расходами в секунду.

Комплекс технических решений, предложенных в данном изобретении, позволяет создать установку для активного воздействия на околоземное космическое пространство. На основе теоретических оценок расчетов и результатов предварительных наземных стендовых испытаний получены следующие параметры установки: масса 10....15 кг при числе тепловых батарей 3...5, электрическая мощность ≤ 2 кВт, габариты ⌀ 270х260 мм, удельная энергоемкость одной тепловой батареи 30. . .40 Вт час/кг, расход рабочего тела (в качестве которого используются щелочные, щелочноземельные металлы и их сплавы) на уровне десятых долей г/сек, время работы 320...600 сек. Число автономных систем подачи 3. ..5, расход рабочего тела в них от грамма в секунду до нескольких десятков грамм, время работы до 60 секунд.

Источники информации
1. Борисов Б.С. и др. Плазменная установка "Эпикур" для космических экспериментов. VII Всесоюзная конференция по плазменным ускорителям и ионным инжекторам. Тезисы докладов. Харьков, 1989 г., с. 263, 264.

2. Гаркуша В.И. и др. Плазменный ускоритель для натурных экспериментов в космосе. VII Всесоюзная конференция по плазменным инжекторам. Тезисы докладов. Харьков. 1989 г., с. 300, 301.

3. Патент РФ N 1778916, МПК H 05 H 1/00, 1993 г. Опубл. в Бюл. N 44. 30.11.92 г.

Claims (1)

1. Установка для активного воздействия на ионосферу Земли, содержащая торцевой плазменный ускоритель с анодом, полым катодом, коаксиально которому вплотную к его внешней поверхности установлен экзотермический стартовый нагреватель с разрушаемыми заглушками в герметичном корпусе, систему хранения, систему подачи и систему испарения рабочего тела, блок электропитания и блок управления, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит одну или несколько систем хранения, подачи и испарения рабочего тела, при этом все указанные системы выполнены объединенными, одна из которых выполнена в виде пористого цилиндра, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде, а другие установлены автономно, при этом в качестве блока электропитания применены тепловые батареи, расположенные коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности, которые совместно с автономными системами хранения, подачи и испарения рабочего тела являются тепловым экраном для плазменного ускорителя, кроме того, каждая автономная система хранения, подачи и испарения рабочего тела снабжена источником тепла и пирозапалом, электрически соединенным с блоком электропитания и блоком управления через коммутирующее устройство, при этом указанные автономные системы расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его стороны и выполнены с двумя герметичными внутренней и внешней полостями, причем внутренняя полость содержит выпускной тракт и пористый элемент, заполненный рабочим телом, а во внешней полости, расположенной коаксиально вокруг пористого элемента, размещен источник тепла, в качестве которого используется экзотермическая смесь с помещенным в нее пирозапалом, электрически связанным с выходными клеммами тепловых батарей, при этом в выпускном тракте выполнены одно или несколько отверстий, закрытых герметичными заглушками, разрушаемыми теплом, поступающим от источника тепла, причем указанный выпускной тракт не связан с плазменным ускорителем.

Images