RU2309293C2 - Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine - Google Patents

Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine Download PDF

Info

Publication number
RU2309293C2
RU2309293C2 RU2005106778/06A RU2005106778A RU2309293C2 RU 2309293 C2 RU2309293 C2 RU 2309293C2 RU 2005106778/06 A RU2005106778/06 A RU 2005106778/06A RU 2005106778 A RU2005106778 A RU 2005106778A RU 2309293 C2 RU2309293 C2 RU 2309293C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cathode
discharge chamber
engine
chamber
ring
Prior art date
Application number
RU2005106778/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005106778A (en
Inventor
Валерий Георгиевич Островский (RU)
Валерий Георгиевич Островский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Priority to RU2005106778/06A priority Critical patent/RU2309293C2/en
Publication of RU2005106778A publication Critical patent/RU2005106778A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2309293C2 publication Critical patent/RU2309293C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of electric rocket engines, stationary plasma engines in particular, engines with anode layer and ion engines.
SUBSTANCE: proposed electric rocket engine has discharge chamber with anode connected with working medium delivery system by means of pipe line, magnetic system and cathode mounted behind exit section of discharge chamber. Cathode includes thermo-emission element, heater and shields. Cathode is also provided with circular chamber containing barium and barium oxide. This chamber is formed by profiled metal ring and thermo-emission element hermetically connected with it. Thermo-emission element is made in form of porous tungsten ring. Spiral heater mounted on the outside of circular chamber is surrounded by shields. Cathode is mounted coaxially relative to discharge chamber. Inner diameter of thermo-emission element exceeds inner diameter of external ring of discharge chamber. Specification gives version of electric rocket engine where outer diameter of thermo-emission element is lesser than that of discharge chamber internal ring. Method of operation of electric rocket engine consist in switching-on the cathode heater, feeding the working medium to engine anode and applying the discharge voltage; cathode thermo-emission element is heated to temperature of 850-920°C.
EFFECT: enhanced specific characteristics of engine; simplified construction; low requirements to working medium purity; reduced thermal losses into cathode.
4 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электроракетных двигателей (ЭРД).The present invention relates to the field of electric rocket engines (ERE).

Электроракетные двигатели, такие как стационарные плазменные двигатели (СПД), двигатели с анодным слоем (ДАС), ионные двигатели (ИД), традиционно используют полые катоды для нейтрализации истекающего из двигателя ионного пучка. Полый катод представляет собой конструктивно и технологически сложный агрегат [1], через который подается 8-10% высокочистого рабочего тела (ксенона), помимо того содержащий собственный узел для дополнительной очистки ксенона (геттер), а также эмиттер, выполненный из гексаборида лантана, нагреватель, поджигной электрод и систему тепловых экранов.Electric rocket engines, such as stationary plasma engines (SPDs), anode-layer engines (DAS), and ionic engines (ID), traditionally use hollow cathodes to neutralize the ion beam flowing out of the engine. The hollow cathode is a constructively and technologically sophisticated unit [1], through which 8-10% of a high-purity working fluid (xenon) is supplied, in addition containing its own unit for additional purification of xenon (getter), as well as an emitter made of lanthanum hexaboride, a heater , ignition electrode and thermal shield system.

Поскольку, как правило, полый катод установлен несимметрично относительно продольной оси ЭРД, то существенное влияние на характеристики двигателя, его ресурс и запуск оказывает месторасположение катода. Известен ЭРД по патенту РФ №2024785, содержащий разрядную камеру с анодом, магнитную систему, полый катод, установленный снаружи двигателя под углом 45° к его продольной оси и на оптимальном расстоянии от среза ЭРД, что позволило уменьшить отклонение вектора тяги от геометрической оси двигателя.Since, as a rule, the hollow cathode is mounted asymmetrically relative to the longitudinal axis of the electric propulsion, a significant effect on the characteristics of the engine, its life and start-up is exerted by the location of the cathode. Known ERD according to the patent of the Russian Federation No. 2024785, containing a discharge chamber with an anode, a magnetic system, a hollow cathode, mounted outside the engine at an angle of 45 ° to its longitudinal axis and at an optimal distance from the ERD cut, which allowed to reduce the thrust vector deviation from the geometric axis of the engine.

За прототип (для варианта 1 ЭРД) принят электроракетный двигатель (например, СПД) [2], состоящий из четырех основных элементов: полого катода, анода, одновременно выполняющего функцию газораспределителя, разрядной камеры и магнитной системы. Разрядная камера выполнена в виде наружного и внутреннего колец из диэлектрика, образующих кольцевую полость, внутри которой установлен кольцевой анод, соединенный трубопроводом с системой подачи рабочего тела. В анод подается 90-92% рабочего тела (ксенона высокой чистоты). Остальная часть рабочего тела подается по трубопроводу в полый катод, включающий геттер, термоэмиссионный элемент (из гексаборида лантана), нагреватель, поджигной электрод и систему тепловых экранов.An electric rocket engine (for example, SPD) [2], consisting of four main elements: a hollow cathode, anode, simultaneously performing the function of a gas distributor, a discharge chamber, and a magnetic system, was adopted as a prototype (for variant 1). The discharge chamber is made in the form of the outer and inner rings of a dielectric forming an annular cavity, inside of which an annular anode is mounted, connected by a pipeline to the supply system of the working fluid. 90-92% of the working fluid (high-purity xenon) is supplied to the anode. The rest of the working fluid is piped into the hollow cathode, which includes a getter, a thermionic element (from lanthanum hexaboride), a heater, an ignition electrode, and a heat shield system.

Полый катод кроме нейтрализации ионного пучка выполняет функции катода, замыкая электрическую цепь.The hollow cathode, in addition to neutralizing the ion beam, acts as a cathode, closing the electric circuit.

ЭРД - прототип (для варианта 2 ЭРД) является двигателем с размещением катода внутри центрального магнитопровода (патент России №2030134). Если такое симметричное размещение полого катода конструктивно возможно, то это дает повышение тяговых характеристик на 5-7%.ERE - prototype (for option 2 ERE) is an engine with a cathode inside the central magnetic circuit (Russian patent No. 2030134). If such a symmetrical placement of the hollow cathode is structurally possible, then this gives an increase in traction characteristics by 5-7%.

Недостатком ЭРД-прототипов (для вариантов 1 и 2 ЭРД) является необходимость подачи до 10% рабочего тела (ксенона) в полый катод. Эта часть рабочего тела не ускоряется в двигателе, что существенно снижает характеристики (тягу, удельный импульс и кпд) ЭРД. Кроме того, в полый катод нужно подавать исключительно рабочее тело высокой степени очистки, а следовательно, учитывая, что рабочее тело анодной и катодной магистралей хранится в одном баллоне, до 90% рабочего тела анодной магистрали (без достаточной необходимости) также высокой чистоты, что значительно удорожает стоимость рабочего тела.The disadvantage of ERD prototypes (for options 1 and 2 ERD) is the need to supply up to 10% of the working fluid (xenon) into the hollow cathode. This part of the working fluid is not accelerated in the engine, which significantly reduces the characteristics (traction, specific impulse and efficiency) of the electric propulsion. In addition, only a high-purity working fluid must be supplied to the hollow cathode, and therefore, given that the working fluid of the anode and cathode mains is stored in one cylinder, up to 90% of the working medium of the anode main (without sufficient need) is also of high purity, which is significantly increases the cost of the working fluid.

Конструкция полого катода является сложной. Она содержит геттер, тракты подачи рабочего тела, сложную систему тепловых экранов, так как эмиссионный элемент (выполненный из гексаборида лантана) полого катода работает при высокой температуре (порядка 1700°С).The design of the hollow cathode is complex. It contains a getter, supply paths for the working fluid, and a complex system of heat shields, since the emission element (made of lanthanum hexaboride) of the hollow cathode operates at a high temperature (about 1700 ° C).

Способ эксплуатации ЭРД [3], принятый за прототип, состоит в том, что предварительно нагревают эмиссионный элемент катода до температуры порядка 1700°С, подают в него и в анод ксенон высокой чистоты, включают разрядное напряжение и затем подают напряжение поджига на полый катод.The operation method of the electric propulsion [3] adopted for the prototype consists in preheating the emission element of the cathode to a temperature of about 1700 ° C, feeding high-purity xenon into it and into the anode, turning on the discharge voltage, and then applying the ignition voltage to the hollow cathode.

Недостатком способа эксплуатации ЭРД-прототипа является необходимость работы полого катода при высоких температурах, что значительно увеличивает тепловые потери, и необходимость подачи части рабочего тела в катод.The disadvantage of the operation method of the ERD prototype is the need for a hollow cathode to operate at high temperatures, which significantly increases heat loss, and the need to supply part of the working fluid to the cathode.

Задачей предполагаемого изобретения является увеличение удельных характеристик ЭРД, упрощение конструкции катода, снижение требований к чистоте рабочего тела и уменьшение тепловых потерь в катод.The objective of the proposed invention is to increase the specific characteristics of the electric propulsion, simplifying the design of the cathode, reducing the requirements for the purity of the working fluid and reducing heat loss to the cathode.

Задача решается следующим образом:The problem is solved as follows:

в электроракетном двигателе (варианте 1), содержащем разрядную камеру с анодом, соединенным трубопроводом с системой подачи рабочего тела, магнитную систему и установленный за выходным срезом разрядной камеры катод, включающий термоэмиссионный элемент, нагреватель и экраны, в катоде установлена кольцевая камера, содержащая барий и окись бария и образованная профилированным металлическим кольцом и герметично соединенным с ним кольцевым термоэмиссионным элементом, выполненным в виде кольца из пористого вольфрама, причем снаружи кольцевой камеры установлен спиральный нагреватель, окруженный экранами, при этом катод установлен коаксиально с разрядной камерой, причем внутренний диаметр термоэмиссионного элемента больше внутреннего диаметра наружного кольца разрядной камеры;in an electric rocket engine (option 1) containing a discharge chamber with an anode connected by a pipeline to the working fluid supply system, a magnetic system and a cathode installed behind the exit slice of the discharge chamber, including a thermionic element, heater and screens, an annular chamber containing barium is installed in the cathode and barium oxide and formed by a profiled metal ring and an annular thermionic element sealed to it, made in the form of a ring of porous tungsten, and the outer ring second heater chamber installed helical surrounded by screens, wherein the cathode is mounted coaxially with the discharge chamber, the inner diameter of the thermionic element larger than the inner diameter of the outer ring of the discharge chamber;

в электроракетном двигателе (варианте 2), содержащем разрядную камеру с анодом, соединенным трубопроводом с системой подачи рабочего тела, магнитную систему со сквозным отверстием по продольной оси двигателя и установленный за выходным срезом разрядной камеры и коаксиально с ней катод, включающий термоэмиссионный элемент, нагреватель и экраны, в катоде установлена кольцевая камера, содержащая барий и окись бария и образованная профилированным металлическим кольцом и герметично соединенным с ним термоэмиссионным элементом, выполненным в виде кольца из пористого вольфрама, причем во внутренней полости катода снаружи кольцевой камеры расположен спиральный нагреватель, при этом наружный диаметр термоэмиссионного элемента меньше наружного диаметра внутреннего кольца разрядной камеры;in an electric rocket engine (option 2) containing a discharge chamber with an anode connected by a pipeline to the working fluid supply system, a magnetic system with a through hole along the longitudinal axis of the engine and a cathode installed behind the exit slice of the discharge chamber and coaxially with it, including a thermionic element, a heater, and screens, an annular chamber is installed in the cathode, containing barium and barium oxide and formed by a profiled metal ring and a thermionic element sealed to it, made a ring of porous tungsten, wherein the interior cavity of the cathode chamber is situated outside the annular heater spiral, the outer diameter of the thermionic element smaller than the outer diameter of the inner ring of the discharge chamber;

в способе эксплуатации электроракетного двигателя, состоящем в том, что включают разогрев катода, подают рабочее тело в анод двигателя, включают напряжение разряда, термоэмиссионный элемент катода нагревают до температуры 850-920°С.in the method of operating an electric rocket engine, which consists in including heating the cathode, supplying a working fluid to the anode of the engine, turning on the discharge voltage, the thermionic element of the cathode is heated to a temperature of 850-920 ° C.

На фиг.1 и 2 представлены первый и второй варианты предлагаемых электроракетных двигателей (например, СПД), где 1 - разрядная камера; 2 - кольцевой анод; 3 - трубопровод анодный; 4 - токоподводы; 5 - магнитная система; 6 - клапан; 7 - катод; 8 - кронштейн; 9 - изолятор; 10 - термоэмиссионный элемент катода; 11 - корпус двигателя; 12 - барий и окись бария; 13 - профилированное металлическое кольцо; 14 - спиральный нагреватель; 15 - электроразделитель; 16 - внутреннее кольцо разрядной камеры; 17 - наружное кольцо разрядной камеры; 18 - экраны.Figure 1 and 2 presents the first and second variants of the proposed electric rocket engines (for example, SPD), where 1 is a discharge chamber; 2 - ring anode; 3 - anode pipeline; 4 - current leads; 5 - magnetic system; 6 - valve; 7 - cathode; 8 - bracket; 9 - an insulator; 10 - thermionic element of the cathode; 11 - engine housing; 12 - barium and barium oxide; 13 - profiled metal ring; 14 - spiral heater; 15 - electric separator; 16 - the inner ring of the discharge chamber; 17 - the outer ring of the discharge chamber; 18 - screens.

На фиг.1 изображен первый вариант ЭРД, в котором катод охватывает истекающую из двигателя струю. Двигатель содержит выполненную из диэлектрика разрядную камеру 1 в виде открытого с одной стороны тора, образованную наружным 17 и внутренним 18 кольцами, внутри которой установлен кольцевой анод 2, одновременно выполняющий функцию газораспределителя и трубопроводом 3 связанный с системой хранения и подачи рабочего тела; магнитную систему 5; катодный и анодный токоподводы 4; катод 7 и клапан 6. Катод 7 с помощью кронштейна 8 через изолятор 9 крепится к корпусу двигателя 11. Катод 7 выполнен в виде кольца, внутренний диаметр которого больше внутреннего диаметра наружного кольца 17 разрядной камеры 1. При этом термоэмиссионный элемент 10 катода 7 выполнен в виде внутреннего кольца из пористого вольфрама (пористость от 15 до 30%), с наружной стороны герметично соединенного с профилированным металлическим (например, молибденовым) кольцом 13, образуя кольцевую камеру, содержащую барий и окись бария 12. Снаружи кольцевой камеры установлен спиральный нагреватель 14, окруженный экранами 18. Трубопровод 3 электроизолирован от системы хранения и подачи рабочего тела электроразделителем 15. При этом термоэмиссионный элемент катода 10 установлен коаксиально с разрядной камерой 1.Figure 1 shows the first variant of the ERE, in which the cathode covers the jet flowing from the engine. The engine comprises a discharge chamber 1 made of a dielectric in the form of a torus open on one side, formed by the outer 17 and inner 18 rings, inside of which a ring anode 2 is installed, which simultaneously functions as a gas distributor and pipe 3 connected to the storage and supply system of the working fluid; magnetic system 5; cathode and anode current leads 4; the cathode 7 and valve 6. The cathode 7 is attached to the motor housing 11 through the insulator 9 through the insulator 9. The cathode 7 is made in the form of a ring whose inner diameter is larger than the inner diameter of the outer ring 17 of the discharge chamber 1. In this case, the thermionic element 10 of the cathode 7 is made in in the form of an inner ring of porous tungsten (porosity from 15 to 30%), externally hermetically connected to a profiled metal (for example, molybdenum) ring 13, forming an annular chamber containing barium and barium oxide 12. Outside of the annular chamber become coiled heater 14 is surrounded by a screen 18. The conduit 3 is electrically insulated from the working fluid storage and delivery system 15. In this elektrorazdelitelem thermionic cathode element 10 is mounted coaxially with the discharge chamber 1.

На фиг.2 изображен второй вариант электроракетного двигателя, магнитная система 5 которого имеет сквозное продольное отверстие, в котором расположен кронштейн 8 катода 7, через изолятор 9 прикрепленный к корпусу двигателя 11. Катод 7 выполнен в виде кольца, наружный диаметр которого меньше наружного диаметра внутреннего кольца 16 разрядной камеры 1. При этом термоэмиссионный элемент 10 катода 7 выполнен в виде кольца из пористого вольфрама, с внутренней стороны герметично соединенного с профилированным металлическим (например, молибденовым) кольцом 13, образуя кольцевую камеру, содержащую барий и окись бария 12. Причем во внутренней полости катода снаружи камеры расположен спиральный нагреватель 14.Figure 2 shows a second embodiment of an electric rocket engine, the magnetic system 5 of which has a through longitudinal hole in which the bracket 8 of the cathode 7 is located, through an insulator 9 attached to the housing of the engine 11. The cathode 7 is made in the form of a ring, the outer diameter of which is smaller than the outer diameter of the inner rings 16 of the discharge chamber 1. In this case, the thermionic element 10 of the cathode 7 is made in the form of a ring of porous tungsten, which is hermetically connected to the profiled metal (for example, molybdenum) to the inner side ltsom 13 forming an annular chamber containing barium oxide and barium 12. Moreover, in the inner cavity of the cathode chamber is located outside the spiral heater 14.

Предлагаемые варианты электроракетного двигателя работают следующим образом. ЭРД монтируют в вакуумной камере, которую откачивают до давления порядка 10-5 мм рт.ст. Нагревают термоэмиссионный элемент 10 катода 7 до температуры 850-920°С, открывают клапан 6 и подают рабочее тело (ксенон) по трубопроводу 3 в кольцевой анод 2 двигателя, подают разрядное напряжение между кольцевым анодом 2 и катодом 7 (на токоподводы 4), включают напряжение поджига. При работе катода при указанных температурах в кольцевой камере катода образуются пары бария с незначительным давлением. Поступление бария через поры вольфрамовой губки на ее наружную поверхность происходит как миграцией адсорбированных атомов, так и кнудсеновским течением паров. Достигнув эмитирующей поверхности, барий мигрирует от каждой поры на расстояние, определяемое коэффициентом миграции и временем жизни атомов на поверхности. Время жизни определяется энергией адсорбции бария на поверхности вольфрама и температурой поверхности. На поверхности вольфрама барий (и его окисел) заметно снижает работу выхода вольфрама. В течение срока службы катода барий медленно расходуется испарением с эмитирующей поверхности и течением из пор, пополняясь за счет запасенного в кольцевой камере катода 7 бария и окиси бария 12.The proposed options for electric rocket engine work as follows. The electric propulsion is mounted in a vacuum chamber, which is pumped out to a pressure of the order of 10 -5 mm Hg. The thermionic element 10 of cathode 7 is heated to a temperature of 850-920 ° C, valve 6 is opened and the working fluid (xenon) is fed through line 3 to the ring anode 2 of the engine, discharge voltage is applied between ring anode 2 and cathode 7 (to current leads 4), include ignition voltage. When the cathode is operated at the indicated temperatures, barium vapors with low pressure are formed in the annular chamber of the cathode. Barium enters through the pores of the tungsten sponge onto its outer surface both by the migration of adsorbed atoms and by the Knudsen vapor flow. Having reached the emitting surface, barium migrates from each pore to a distance determined by the migration coefficient and the lifetime of atoms on the surface. The lifetime is determined by the energy of barium adsorption on the surface of tungsten and the surface temperature. On the surface of tungsten barium (and its oxide) significantly reduces the work function of tungsten. Over the life of the cathode, barium is slowly consumed by evaporation from the emitting surface and the flow from the pores, replenished by barium and barium oxide 12 stored in the annular chamber of the cathode.

При рабочей температуре термоэмиссионного элемента такого катода 850-920°С плотность тока составляет порядка 0,1-0,3 А/см2. При этом образовавшийся пространственный заряд электронов, значительно уменьшающий эмиссию катода, может быть ликвидирован напряжением порядка 15-40 В. При традиционном использовании полых катодов с большой плотностью тока (порядка сотен A/см2) устранение образования пространственного заряда происходит за счет примерно такого же по величине падения напряжения между катодом и истекающей из разрядной камеры струей ионов на плазменном «мостике», образующемся благодаря подаче рабочего тела в катод.At the operating temperature of the thermionic element of such a cathode 850-920 ° C, the current density is about 0.1-0.3 A / cm 2 . In this case, the generated space charge of the electrons, which significantly reduces the emission of the cathode, can be eliminated by a voltage of the order of 15–40 V. With the traditional use of hollow cathodes with a high current density (of the order of hundreds of A / cm 2 ), the formation of the space charge is eliminated due to approximately the same the magnitude of the voltage drop between the cathode and the ion stream flowing out of the discharge chamber on the plasma "bridge" formed due to the supply of the working fluid to the cathode.

Таким образом, для преодоления ограничения пространственного заряда, определяемого уравнением Ленгмюра, в предложенном электроракетном двигателе плотность электронного тока на катоде, в который не подают рабочее тело, не должна превышать 0,1-0,3 А/см2. Проведенные расчеты и экспериментальные данные показывают, что для такого пленочного бариевого катода температура термоэмиссионного элемента должна составлять, соответственно, 850-920°С. При этом общая скорость испарения бария (в виде бария и окиси бария) с эмитирующей поверхности катода с пористостью порядка 27% при температуре 900°С составляет примерно 0,01 мкг/см2 ч, т.е. при токе разряда 2 А и плотности тока 0,2 A/см2 за 10000 часов израсходуется порядка 1 мг бария.Thus, in order to overcome the space charge limitation determined by the Langmuir equation in the proposed electric rocket engine, the electron current density at the cathode into which the working fluid is not supplied should not exceed 0.1-0.3 A / cm 2 . The calculations and experimental data show that for such a film barium cathode, the temperature of the thermionic element should be, respectively, 850-920 ° С. In this case, the total rate of barium evaporation (in the form of barium and barium oxide) from the emitting cathode surface with a porosity of about 27% at a temperature of 900 ° C is about 0.01 μg / cm 2 h, i.e. at a discharge current of 2 A and current density of 0.2 A / cm 2 for about 10,000 hours, about 1 mg of barium will be consumed.

Положительный эффект в предложенном электроракетном двигателе (его вариантах) и способе его эксплуатации заключается в следующем:The positive effect in the proposed electric rocket engine (its variants) and the method of its operation is as follows:

повышается удельный импульс и кпд (примерно на 10-15%) за счет исключения подачи рабочего тела в катод;the specific impulse and efficiency increases (by about 10-15%) due to the exclusion of the supply of the working fluid to the cathode;

катод работает при низкой плотности разрядного тока, т.е. при низкой рабочей температуре, что практически исключает унос бария и значительно повышает ресурс и надежность катода и ЭРД;the cathode operates at a low discharge current density, i.e. at a low operating temperature, which virtually eliminates the ablation of barium and significantly increases the resource and reliability of the cathode and electric propulsion;

симметричное относительно продольной оси двигателя расположение катода (как внутри, так и снаружи струи, истекающей из двигателя) позволяет устранить отклонение вектора тяги ЭРД от его геометрической оси, что дает повышение тяговых характеристик двигателя на 5-7%;symmetrical relative to the longitudinal axis of the engine, the location of the cathode (both inside and outside the jet flowing out of the engine) eliminates the deviation of the thrust vector of the electric propulsion engine from its geometric axis, which increases the traction characteristics of the engine by 5-7%;

отсутствует необходимость работы ЭРД на рабочем теле высокой чистоты, т.к. оно не подается в катод, что может значительно снизить стоимость рабочего тела;there is no need for operation of electric propulsion on a high purity working fluid, because it is not supplied to the cathode, which can significantly reduce the cost of the working fluid;

упрощается конструкция катода, благодаря отсутствию тракта подачи рабочего тела, устранению геттера и т. д.;the design of the cathode is simplified due to the lack of a supply path for the working fluid, elimination of the getter, etc .;

уменьшаются тепловые потери на разогрев катода, т.к. рабочая температура почти в два раза ниже температуры полого катода, т.е. сбрасываемый излучением тепловой поток с единицы поверхности катода в 24 или в 16 раз меньше, причем основной теплосброс (примерно 70%) с полого катода осуществляется излучением.thermal losses due to heating the cathode are reduced, because the operating temperature is almost two times lower than the temperature of the hollow cathode, i.e. the heat flux discharged by radiation from a unit surface of the cathode is 2 4 or 16 times less, and the main heat loss (about 70%) from the hollow cathode is carried out by radiation.

Использованная литератураReferences

1. Б.А.Архипов. Исследование и разработка катодов нового поколения для СПД. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Город Калининград, 1998 г.1. B.A. Arkhipov. Research and development of a new generation of cathodes for SPD. Abstract of dissertation for the degree of Doctor of Technical Sciences. City of Kaliningrad, 1998

2. М.Day, N.Maslennikov, Т.Randolph, W.Rogers. SPT-100 subsystem qualification status. AIAA 96-2713. 32 nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. July 1-3, 1996 / Lake Buena Vista, FL.2. M. Day, N. Maslennikov, T. Randolph, W. Rogers. SPT-100 subsystem qualification status. AIAA 96-2713. 32 nd AIAA / ASME / SAE / ASEE Joint Propulsion Conference. July 1-3, 1996 / Lake Buena Vista, FL.

3. Технические условия. Часть четвертая. Алгоритм функционирования. 262У.173.000.00ТУ3. ОКБ «Факел». 1994 г.3. Specifications. Part Four Functioning algorithm. 262U.173.000.00TU3. Design Bureau "Torch". 1994

Claims (3)

1. Электроракетный двигатель, содержащий разрядную камеру с анодом, соединенным трубопроводом с системой подачи рабочего тела, магнитную систему и установленный за выходным срезом разрядной камеры катод, включающий термоэмиссионный элемент, нагреватель и экраны, отличающийся тем, что в катоде установлена кольцевая камера, содержащая барий и окись бария и образованная профилированным металлическим кольцом и герметично соединенным с ним термоэмиссионным элементом, выполненным в виде кольца из пористого вольфрама, причем снаружи кольцевой камеры установлен спиральный нагреватель, окруженный экранами, при этом катод установлен коаксиально с разрядной камерой, причем внутренний диаметр термоэмиссионного элемента больше внутреннего диаметра наружного кольца разрядной камеры.1. An electric rocket engine containing a discharge chamber with an anode connected by a pipeline to the working fluid supply system, a magnetic system and a cathode installed behind the output slice of the discharge chamber, including a thermionic element, a heater and screens, characterized in that an annular chamber containing barium is installed in the cathode and barium oxide and formed by a profiled metal ring and a thermionic element sealed to it, made in the form of a ring of porous tungsten, and the outside of the ring second heater chamber installed helical surrounded by screens, wherein the cathode is mounted coaxially with the discharge chamber, the inner diameter of the thermionic element larger than the inner diameter of the outer ring of the discharge chamber. 2. Электроракетный двигатель, содержащий разрядную камеру с анодом, соединенным трубопроводом с системой подачи рабочего тела, магнитную систему со сквозным отверстием по продольной оси двигателя и установленный за выходным срезом разрядной камеры и коаксиально с ней катод, включающий термоэмиссионный элемент и нагреватель, отличающийся тем, что в катоде установлена кольцевая камера, содержащая барий и окись бария и образованная профилированным металлическим кольцом и герметично соединенным с ним кольцевым термоэмиссионным элементом, выполненным в виде кольца из пористого вольфрама, причем во внутренней полости катода снаружи кольцевой камеры расположен спиральный нагреватель, при этом наружный диаметр термоэмиссионного элемента меньше наружного диаметра внутреннего кольца разрядной камеры.2. An electric rocket engine containing a discharge chamber with an anode connected by a pipeline to the supply system of the working fluid, a magnetic system with a through hole along the longitudinal axis of the engine and a cathode installed behind the exit slice of the discharge chamber and coaxially with it, including a thermionic element and a heater, characterized in that an annular chamber is installed in the cathode, containing barium and barium oxide and formed by a profiled metal ring and an annular thermionic element sealed to it It formed in a ring made of porous tungsten, wherein the interior cavity of the cathode chamber is situated outside the annular heater spiral, the outer diameter of the thermionic element smaller than the outer diameter of the inner ring of the discharge chamber. 3. Способ эксплуатации электроракетного двигателя, состоящий в том, что включают разогрев катода, подают рабочее тело в анод двигателя, включают напряжение разряда, отличающийся тем, что термоэмиссионный элемент катода нагревают до температуры 850-920°С.3. A method of operating an electric rocket engine, which consists in including heating the cathode, supplying a working fluid to the anode of the engine, including discharge voltage, characterized in that the thermionic element of the cathode is heated to a temperature of 850-920 ° C.
RU2005106778/06A 2005-03-09 2005-03-09 Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine RU2309293C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005106778/06A RU2309293C2 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005106778/06A RU2309293C2 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005106778A RU2005106778A (en) 2006-08-20
RU2309293C2 true RU2309293C2 (en) 2007-10-27

Family

ID=37060348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005106778/06A RU2309293C2 (en) 2005-03-09 2005-03-09 Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2309293C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524315C2 (en) * 2012-09-18 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Engine with closed drift of electrons
RU2572471C2 (en) * 2014-03-14 2016-01-10 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Stationary plasma engine starting process
RU2602468C1 (en) * 2015-05-26 2016-11-20 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Electric propulsion engine (versions)
RU2647749C2 (en) * 2016-05-20 2018-03-19 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for controlling a stationary plasma engine

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2524315C2 (en) * 2012-09-18 2014-07-27 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Engine with closed drift of electrons
RU2572471C2 (en) * 2014-03-14 2016-01-10 Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" Stationary plasma engine starting process
RU2602468C1 (en) * 2015-05-26 2016-11-20 Акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" Electric propulsion engine (versions)
RU2647749C2 (en) * 2016-05-20 2018-03-19 Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Method for controlling a stationary plasma engine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005106778A (en) 2006-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11690161B2 (en) Hollow cathode apparatus
US7728498B2 (en) Industrial hollow cathode
RU2309293C2 (en) Electric rocket engine (versions) and method of operation of such engine
US7667379B2 (en) Industrial hollow cathode with radiation shield structure
US4301391A (en) Dual discharge plasma device
US4800281A (en) Compact penning-discharge plasma source
KR20060092039A (en) Excimer lamp
CN111120234B (en) Graphite high-temperature cathode device for electric thruster
RU2012946C1 (en) Plasma cathode-compensator
JP2004169606A (en) Hollow cathode
JP4425838B2 (en) Ignition part of pulse plasma propulsion device
JPH01157046A (en) Vacuum arc ion source
CN105895473A (en) Cold cathode structure capable of allowing space electric propulsion to be started quickly
RU2287203C2 (en) Plasma cathode-compensator
CA2490246C (en) Industrial hollow cathode
US5521389A (en) Solid state cesium ion gun
JP2007193950A (en) Hollow cathode discharge gun having excellent discharge stability
Cherkun et al. Cesium hollow cathode with internal discharge and gas feed for electric propulsion applications
KR102475954B1 (en) Apparatus and method for operating heaterless hollow cathodes, and electric space propulsion systems using such cathodes
RU2524315C2 (en) Engine with closed drift of electrons
CN105390366B (en) Long arc discharge lamp
RU2438208C1 (en) Plasma cathode
RU2108484C1 (en) Cathode unit
JPS58169752A (en) Hollow-cathode discharge device
CN117693084A (en) Glow discharge heater for hollow cathode

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190310