RU2796728C1 - Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой - Google Patents

Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой Download PDF

Info

Publication number
RU2796728C1
RU2796728C1 RU2022122819A RU2022122819A RU2796728C1 RU 2796728 C1 RU2796728 C1 RU 2796728C1 RU 2022122819 A RU2022122819 A RU 2022122819A RU 2022122819 A RU2022122819 A RU 2022122819A RU 2796728 C1 RU2796728 C1 RU 2796728C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
discharge chamber
magnetic
hemispherical
antenna
Prior art date
Application number
RU2022122819A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Иванович Шумейко
Аслан Джамалдинович Пашаев
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Эдвансд Пропалшн Системс"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Эдвансд Пропалшн Системс" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Эдвансд Пропалшн Системс"
Application granted granted Critical
Publication of RU2796728C1 publication Critical patent/RU2796728C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к космической технике, в частности к электроракетным двигательным установкам с электрическим ракетным двигателем (ЭРД). Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой содержит газоразрядную камеру полусферической формы; минимум две направляющие трубки; минимум одну антенну; генератор токов высокой частоты; минимум два магнитных сопла (по количеству направляющих трубок); минимум один источник питания магнитных сопел; систему хранения и подачи рабочего тела; модуль преобразования бортового питания; управляющий модуль. При реализации изобретения достигается устранение потерь при вкладе мощности в устройства управления направлением истечения плазмы и необходимости использования механических устройств для изменения ориентации космического аппарата. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к космической технике, в частности к электроракетным двигательным установкам с электрическим ракетным двигателем (ЭРД) с без электродными источником плазмы и ускорительной ступенью, использующая в качестве рабочего тела широкий круг веществ, предназначенная для установки на космических аппаратах (КА) для их до выведения с опорной на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, ориентации, разгрузки систем ориентации, маневров между орбитами, межпланетных перелетов, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).
Уровень техники
Известен аналог изобретение Ракетный двигатель малой тяги для космического летательного аппарата (патент RU2445510C2, опубликован 20.03.2012). Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги. Изобретение по п. 24 формулы изобретения включает газоразрядную камеру (главную камеру), определяющую ось сил тяги, инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру, антенну, генераторы магнитного поля, генератор электромагнитного поля, генератор для изменения направления магнитного поля.
Недостатком является то, что в изобретении есть только одно направления тяги газоразрядного канала. Инжектор ввода ионизируемого газа закрывает один из концов газоразрядной камеры, что в свою очередь приводит к неэффективности ее использования, т.к. при применении предложенного способа ионизации газа электромагнитный, плазма может истекать из двух концов газоразрядной камеры. При разработке двигателя для КА, в частности, двигателя с более чем одним вектором тяги, предложенного на фиг. 40 и описанного в п. 60 формулы изобретения RU2445510C2, использование только одного торца газоразрядной камеры приведет к увеличению массы и габаритов двигателя, что впоследствии приведет к удорожанию разработки и запуска КА или к невозможности использовать предложенное в рассматриваемом изобретении устройство для использования на борту КА ввиду высоких массогабаритных характеристик. Использование большого количества магнитных систем является нецелесообразным, т.к. для ускорения плазмы достаточно одного магнитного сопла на выходе из газоразрядной камеры. Большое количество магнитных систем утяжеляет массу двигателя и занимает полезный объем, что делает непригодным использование такого двигателя на борту малых КА.
Известен аналог - изобретение Двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата (патент RU2764823C1, опубликован 21.01.2022). Изобретение относится к электрическим ракетным двигателям. Изобретение включает газоразрядную камеру, антенну, ВЧ-генератор, магнитную линзу и магнитное сопло.
Недостатком является то, что в изобретении реализуется возможность создания векторов тяги только в двух направлениях, соосных с осью газоразрядной камеры. При этом, для выполнения современных космических миссий необходимы векторы тяги во множестве различных направлений, например, на что указывается в работе Shumeiko A.I. et.al. Advanced wave plasma thruster with multiple thrust vectoring capability [https://doi.org/10.2514/6.2022-2190]. Таким образом, для создания вектора тяги в необходимом направлении, двигатель, предложенный в изобретении RU2764823C1, необходимо будет ориентировать дополнительными устройствами, в частности, механическими или электромагнитными устройствами контроля ориентации. Использование дополнительных устройств для ориентации направления вектора тяги приведет к увеличению массы и объема двигательной установки КА и увеличенному потреблению мощности. При этом использование данного изобретения совместно с дополнительными система ориентации для достижения возможности создания векторов тяги во множестве различных направлений ограниченно минимальным размером космического аппарата. Более того, в изобретении RU2764823C1 управление направлениями истечения плазмы и векторов тяги осуществляется за счет применения магнитных линз - на фиг. 1 и 2 изобретения RU2764823C1 п. 6, - для работы которых необходимо потребление мощности, т.к. реализация таких магнитных линз на постоянных магнитах не позволит управлять направлением истечения потока плазмы, т.к. такие магнитные линзы должны быть либо включены, либо выключены. Потребление мощности для управления направлениями истечения плазмы и векторов тяги приведет к трудностям в реализации устройства, предложенного в изобретении RU2764823C1, для применения на борту малых космических аппаратов или к неэффективным режимам работы - повышенными удельной мощностью и удельных массы и объема на единицу тяги и удельного импульса. Более того, в изобретении RU2764823C1 отсутствует способность создавать прецизионно направления суммарного вектора тяги, т.к. имеется всего два соосных направлений вектора тяги, что приведет к увеличение расхода рабочего тела -ступенчатый переход на необходимые орбиты.
Известен ближайший аналог (прототип) - изобретение Модуль с многоканальной плазменной двигательной установкой для малого космического аппарата (патент RU2741401C1, опубликован 25.01.2012). Изобретение относится к ЭРД с без электродными источником плазмы и ускорительной ступенью. Изобретение включает элементы жесткой конструкции модуля, минимум три газоразрядных камеры, минимум три антенны, минимум три кольца из диэлектрического материала, систему хранения и подачи рабочего тела, минимум шесть радиальных газовводов, модуль из ВЧ-генераторов, минимум три линии связи ВЧ-генераторов с антеннами, минимум шесть магнитных систем, модуль преобразования бортового питания, модуль из ВЧ-генераторов, систему питания магнитных систем, управляющий модуль, систему электромагнитного экранирования.
Недостатком является то, что в изобретении предлагается использовать несколько газоразрядных камер для создания нескольких векторов тяги. Данный подход нерационален, т.к. несмотря на то, что является возможным создание отдельной компактной по массе и габаритам газоразрядной камеры совместно с магнитными системами и антенной, способные создавать минимум два вектора тяги, совокупность нескольких таких газоразрядных камер совместно с магнитными системами и антеннами, будет представлять собой устройство с достаточно высокими удельными массой и объемам на единицу тяги и удельного импульса, что будет представлять затруднение для установки на борту малых космических аппаратов, которые на данный момент испытывают наибольшую потребность в двигателях со способностью генерирования векторы тяги в нескольких направлениях, в частности, такую потребность испытывают низкоорбитальные группировки малых космических аппаратов, например, Starlink и OneWeb. Более того, при наличии нескольких отдельных газоразрядных камер, которые совместно с антеннами и магнитными системами, представляют собой несколько отдельных источников плазмы с ускорительными ступенями, будет требоваться высокие удельное потребление мощности на единицу тяги и удельного импульса, возможности предоставления которой на борту малых космических аппаратов затруднительно, в особенности, низкоорбитальных малых космических аппаратов, для которых на сегодняшнем уровне развития техники основным источником генерации мощности являются солнечные батареи, обладающие низкими эффективностью и удельной плотностью генерации мощности по массе, площади и объему. Также, ввиду ограниченности мощности, которая может быть потреблена двигателем, эффективная ионизация рабочего тела коэффициент ионизации рабочего тела более 90% - будет невозможна в связи с большой площадью поверхности на единицу объема плазмы контакта плазма с физическими объектами твердого агрегатного состояния - большая поверхность стенок газоразрядных камер на единицу объема плазмы. Например, представленные на рынке ЭРД двигатели для малых космических аппаратов, такие как, геликонный двигатель REGULUS итальянской компании T4i и ионный двигатель BIT-3 американской компании BUSEK Inc. требуют для работы от 50 до 80 Вт. Сопоставимое энергопотребление устройством, предложенным в изобретении RU2741401C1, содержащим три газоразрядных канала приведет к тому, что на каждую камеры совместно с магнитными системами будет приходиться лишь по 20 Вт мощности, при этом только магнитные системы предлагаемого устройства будут потреблять не менее 25% от мощности на каждый канал, т.е. 5 Вт, что приведет к тому, что в газоразрядных каналах режим генерации плазмы будет близок к емкостному разряду, характеризующемуся низкой плотностью плазмы и низким коэффициентом ионизации, что будет являться неэффективным режимом генерации тяги. Более того, в изобретении RU2741401C1 управление направлениями истечения плазмы и векторов тяги осуществляется за счет применения магнитных линз на фиг.1 изобретения RU2741401C1 п. 11, - для работы которых необходимо потребление мощности, т.к. реализация таких магнитных линз на постоянных магнитах не позволит управлять направлением истечения потока плазмы, т.к. такие магнитные линзы должны быть либо включены, либо выключены. Потребление мощности для управления направлениями истечения плазмы и векторов тяги приведет к трудностям в реализации устройства, предложенного в изобретении RU2741401C1, для применения на борту малых космических аппаратов или к неэффективным режимам работы
- повышенными удельной мощностью и удельных массы и объема на единицу тяги и удельного импульса. Более того, в изобретении RU2741401C1 отсутствует способность создавать прецизионно направления суммарного вектора тяги, т.к. имеется всего шесть возможных направлений вектора тяги, что приведет к увеличение расхода рабочего тела - увеличенные проекции векторов тяги на направления необходимого суммарного вектора тяги, что приводит к требованию увеличения величины тяги и, как следствие, увеличению расхода рабочего тела и мощности.
Раскрытие изобретения Задачами предлагаемого изобретения являются:
- устранение недостатков аналогов и прототипа, а именно:
- потери при вкладе мощности в устройства управления направлением истечения плазмы;
- необходимость использования механических устройств для изменения ориентации космического аппарата и, как следствие, двигателя, для начала выполнения маршевых операций в заданном направлении, отличном от того, в котором космический аппарат пребывает до выполнения маршевых операций;
- и улучшение следующих характеристик:
- уменьшение занимаемых двигательной установкой массы и объема для выполнения маршевых операций, коррекции и поддержания орбиты КА, его ориентации, маневров между орбитами, увода КА в конце его срока активного существования;
- увеличение эффективности использования рабочего тела за счет уменьшения поверхности контакта плазмы с поверхностями физических объектов твердого агрегатного состояния и прецизионного создания направления суммарного вектора тяги;
- увеличение удельной тяги и удельного импульса двигателя на единицу потребляемой мощности и единицу массы и объема.
Для решения задач и достижения технического результата предлагается многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой, содержащий:
- газоразрядную камеру полусферической формы;
- минимум две направляющие трубки, герметично соединенные с выпуклой поверхностью газоразрядной камеры полусферической формы с одного конца, а с другого конца открытых во внешнее пространство;
- минимум одну антенну, имеющую линию электрической связи с генератором токов высокой частоты, расположенную с плоской стороны газоразрядной камеры полусферической формы;
- генератор токов высокой частоты, имеющий линии электрической связи с минимум одной антенной, модулем преобразования бортового питания и управляющим модулем;
- минимум два магнитных сопла, по количеству направляющих трубок, расположенных на конце соответствующей направляющей направляющей трубки, открытом во внешнее пространство, имеющие линии электрической связи с минимум одним источником питания магнитного сопла;
- минимум один источник питания магнитного сопла, имеющий линии электрической связи с модулем преобразования бортового питания и управляющим модулем;
- систему хранения и подачи рабочего тела, имеющую линию газодинамической связи с газоразрядной камерой полусферической формы, имеющей линии электрической связи с модулем преобразования бортового питания и управляющим модулем;
- модуль преобразования бортового питания, имеющий линии электрической связи с генератором токов высокой частоты, минимум одним источником питания магнитного сопла, системой хранения и подачи рабочего тела, управляющим модулем;
- управляющий модуль, имеющий линии электрической связи с генератором токов высокой частоты, минимум одним источником питания магнитного сопла, системой хранения и подачи рабочего тела, модулем преобразования бортового питания.
Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой предлагается использовать на космических аппаратах для их до выведения с опорной на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, прецизионной ориентации, разгрузки систем ориентации, маневров между орбитами, межпланетных перелетов, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).
Перечень фигур
На фиг.1 представлен многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой, вид в изометрии;
На фиг.2 представлен вариант исполнения антенны в виде плоского индуктора;
На фиг.3 представлен вариант исполнения антенны в виде магнито-усиленного индуктора;
На фиг.4 представлены режимы работы магнитного сопла режимы запирания и ускорения плазмы.
Осуществление изобретения Устройство состоит из следующих элементов с их функциями:
- газоразрядной камеры полусферической формы (1), во внутреннюю полость которой подается рабочее тело по линии газодинамической связи из системы хранения и подачи рабочего тела (7), которое под воздействием электромагнитного поля, создаваемого во внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы (1) при помощи минимум одной антенны (3), ионизируется;
- минимум две направляющие трубки (2), герметично соединенные с выпуклой поверхностью (1.1) газоразрядной камеры полусферической формы (1) с одного конца, а с другого конца открытыми во внешнее пространство. Со стороны конца направляющей трубки (2), открытого во внешнее пространство, расположено магнитное сопло (5). Ось каждой направляющей трубки (2) совпадает с направлением вектора тяги, соответствующего заданной направляющей трубки (2). Основная функция каждой направляющей трубки (2) - это направление потока плазмы из газоразрядной камеры полусферической формы (1), вытягиваемого при помощи линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого магнитным соплом (5), в сторону внешнего пространства для последующего ускорения этого плазменного потока. При этом, когда выход потока плазмы из газоразрядной камеры полусферической формы (1) не желателен в направлении оси определенной направляющей трубки (2), направляющая трубка (2) является буфером между газоразрядной камерой полусферической формы (1), где горит разряд, и внешним пространством, т.е. направляющая трубка (2) предотвращает истечение плазмы из газоразрядной камеры полусферической формы (1) в случае направления линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого магнитным соплом (5), в сторону внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы (1);
- минимум одной антенны (3), имеющей линию электрической связи с генератором токов высокой частоты (4), расположенную с плоской стороны (1.2) газоразрядной камеры полусферической формы (1). Антенна (3) может быть выполнена в двух вариантах, представленных на фиг.2 и фиг.3. В первом варианте, представленном на фиг.2, антенна (3) выполнена в виде плоского индуктора (3.1). В данной конфигурации, к антенне (3) от генератора токов высокой частоты (4) должен подаваться ток частотой не менее 1 МГц, при котором антенна (3), выполненная в виде плоского индуктора, будет создавать переменное магнитное поле во внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы (1), которое будет индуцировать переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, будет воздействовать на свободные электроны, которые находятся в любой среде, которые набирая энергию от электрического поля будут соударяться с атомами или молекулами рабочего тела, подаваемого во внутреннюю полость газоразрядной камеры полусферической формы (1) по линии газодинамической связи из системы хранения и подачи рабочего тела (7), при этом в процессе соударений будут образовываться вторичные электроны и в динамике процесса будет процесс ионизации рабочего тела. В конфигурации антенны (3), представленной на фиг.3, антенна (3) выполнена в виде магнито-усиленного индуктора, выполненного из проводящего материала (3.1), окруженного ферромагнитным материалом (3.2). В данной конфигурации, к проводящему материалу (3.1) антенны (3) от генератора токов высокой частоты (4), необходимо подавать ток частотой до 1 МГц, при котором проводящий материал (3.1) антенны (3) будет генерировать переменное магнитное поле, которое будет поглощаться ферромагнитным материалом (3.2), которые в свою очередь из-за протекающего по нему переменного магнитного поля начнет генерировать переменное электрическое поле во внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы (1), которое будет индуцировать переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, будет воздействовать на свободные электроны, которые находятся в любой среде, которые набирая энергию от электрического поля будут соударяться с атомами или молекулами рабочего тела, подаваемого во внутреннюю полость газоразрядной камеры полусферической формы (1) по линии газодинамической связи из системы хранения и подачи рабочего тела (7), при этом в процессе соударений будут образовываться вторичные электроны и в динамике процесса будет процесс ионизации рабочего тела. Отметим, что при конфигурации антенны (3), изображенной на фиг.2, необходимы токи частотой не менее 1 МГц, т.к. при меньших частотах будет низкая эффективность генерации переменного электрического поля, индуцированного переменным магнитным полем, индуцированным током в антенне (3). Снижение эффективности в данном случае происходит из-за того, что электроны, находящиеся во внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы (1), на которые будет действовать переменной электрическое поле, созданное антенной (3), при частотах менее 1 МГц будут испытывать не набрав достаточное количество энергии - энергию меньше потенциала ионизации атомов или молекул рабочего тела - большое количество соударений с атомами или молекулами неионизированного рабочего тела, при которых будет потеря мощности. При конфигурации антенны (3), изображенной на фиг.3, необходимы токи частотой до 1 МГц, т.к. токи большей частоты вызовут нагрев ферромагнитного материала (3.2), и, следовательно, потери мощности;
- генератора токов высокой частоты (4), имеющего линии электрической связи с минимум одной антенной (3), модулем преобразования бортового питания (8) и управляющим модулем (9). Генератор токов высокой частоты (4) создает токи высокой частоты, которые затем подаются на антенну (3), которая затем создает переменное электромагнитное поле, за счет которого электроны, во внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы (1) набирают энергию, и при энергиях, равных или выше потенциала ионизации атомов или молекул рабочего тела, происходит ионизация рабочего тела во внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы;
- минимум двух магнитных сопел (5), по количеству направляющих трубок (2), расположенных на конце соответствующих направляющих трубок (2), открытого во внешнее пространство, имеющего линию электрической связи с минимум одним источником питания магнитного сопла (6). Магнитное сопло (5) может быть представлено в виде соленоида, на намотку которого от источника питания магнитного сопла (6) подается постоянный электрический ток. От направления линий магнитного поля, создаваемого магнитными соплами (5), зависит режим работы данной направляющей трубки (2). Режимы работы представлены на фиг.4. В случае, когда линии магнитного поля, создаваемого магнитным соплом (5), направлены в сторону внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы, происходит режим запирания плазмы. В случае, когда линии магнитного поля, создаваемого магнитным соплом (5), направлены в сторону внешнего пространства, происходит вытягивание плазмы из внутренней полости газоразрядной камеры полусферической формы, и последующее ускорение плазмы - режим ускорения плазмы. Зависимость режима работы направляющей трубки (2) от направления линий магнитного поля, создаваемого магнитным соплом (5), связано с тем, что магнитное поле влияет на электроны в плазме, т.е. электроны в плазме, которая находится в постоянном внешнем магнитном поле, начинают двигаться вдоль линий магнитного поля по спирали, при этом направление движения электронов зависит от направления линий магнитного поля. Вследствие движения электронов, ионы в плазме движутся в след за электронами под действием электрических сил. Отметим, что влияние магнитного поля на электроны, или, в данном случае, замагничивание плазмы по электронной компоненте, происходит только при таких величинах индукции магнитного поля Bconst, при которых магнитное число Рейнольдса для электронов во много раз больше единицы. Изменение направления линий магнитного поля, создаваемого магнитными соплами (5), может контролироваться за счет смены направления тока Iconst, протекающего через намотку магнитного сопла (5).
- минимум одного источника питания магнитного сопла (6), по количеству магнитных сопел (5), имеющего линии электрической связи с модулем преобразования бортового питания (8) и управляющим модулем (9). Источник питания магнитного сопла (6) способен изменять величину и направление тока Iconst, подаваемого на намотку магнитного сопла (5), который при протекании создает магнитное поле Bconst, направление и величина которого зависят от направления протекания и величины тока Iconst, который регулируется источником питания магнитного сопла (6);
- системы хранения и подачи рабочего тела (7), имеющей линию газодинамической связи с газоразрядной камерой полусферической формы (1), имеющей линии электрической связи с модулем преобразования бортового питания (8) и управляющим модулем (9). Система хранения и подачи рабочего тела (7) осуществляет хранение, подготовку и подачу рабочего тела во внутреннюю полость газоразрядной камеры полусферической формы (1) для его последующих ионизации, вытягиванию при помощи магнитных сопел (5) и ускорения магнитными соплами (5) по направлению необходимой направляющей трубки (2);
- модуля преобразования бортового питания (8), имеющего линии электрической связи с генератором токов высокой частоты (4), минимум одним источником питания магнитного сопла (6), системой хранения и подачи рабочего тела (7), управляющим модулем (9). Модуль преобразования бортового питания (8) производит преобразование ботового питания КА до параметров, необходимых для питания систем двигателя и последующее распределение питания между системами двигателя;
- управляющего модуля (9), имеющего линии электрической связи с генератором токов высокой частоты (4), минимум одним источником питания магнитного сопла (6), системой хранения и подачи рабочего тела (7), модулем преобразования бортового питания (8). Управляющий модуль (9) осуществляет управление системами двигателя по заданным программным комплексам, сохраненным в нем, либо переданных с наземной станции, других КА и летательных аппаратов, а также осуществляет сбор данных о работе систем двигателя для их сохранения на борту КА, либо передаче на наземную станцию, другие КА и летательные аппараты.
Основная задача, которую выполняет многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой - это создание векторов тяги, расположенных в разных плоскостях, оси которых со направлены с осями направляющих трубок (2), для создания суммарного вектора тяги, выполняющего управляющие воздействия на КА, т.е. для до выведения КА с опорной орбиты на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, прецизионной ориентации, разгрузки систем ориентации, маневров между орбитами, межпланетных перелетов, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).
Предлагаемый многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой имеет один источник плазмы, представляющий собой газоразрядную камеру полусферической формы (1), при этом к газоразрядной камере полусферической формы (1) могут быть присоединены несколько направляющих трубок (2), которые определяют несколько направлений векторов тяги. Таким образом, с помощью одного источника плазмы - газоразрядной камеры полусферической формы (1) возможно создание нескольких разнонаправленных векторов тяги - например, в области ϕ∈[0,2π] θ∈[0,π/2] в сферических координатах. Способность генерировать несколько векторов тяги в направлениях, не лежащих в одних и тех же плоскостях приводит к способности одного двигателя создавать управляющие воздействия в космосе на КА в любых направлениях, что означает, что с помощью одного двигателя можно до выводить КА, управлять положением КА, поддерживать орбиту, выполнять маневры между орбитами, выполнять межпланетные полеты, уводить КА в конце срока активного существования. Отметим, что полный контроль всех возможных направлений тяги, используя предлагаемый многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой достигается при совмещении двух предложенных двигателей в одно устройство, т.е. при образовании сферы, образованной двумя газоразрядными камерами полусферической формы.
Предлагаемый многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой может состоять из нескольких идентичных направляющих трубок (2) или может включать в себя несколько идентичных направляющих трубок (2) и одну или несколько направляющих трубок (2) с большим диаметром и более мощными магнитными соплами (5). Первый случай может быть применен для управления ориентацией КА и маневров между низкими околоземными орбитами (НОО) - до 2000 км - или маневров между НОО и геостационарной орбиты (ГСО) - до выведение КА, что означает, что КА может не использовать услуги космических буксиров. Во втором случае идентичные газовые трубки (2) могут работать для управления ориентацией, а одна или несколько направляющих трубок (2) с большим диаметром будут работать для маршевых операций, требующих очень плотных потоков плазмы, которые ускоряются мощными магнитными соплами (5) для высокоинтенсивных двигательных операций, например для межпланетных полетов - к Марсу, Юпитеру и другим объектам космического пространства.

Claims (3)

1. Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой, содержащий антенну, магнитные сопла, систему хранения и подачи рабочего тела, отличающийся тем, что содержит газоразрядную камеру полусферической формы, при этом со стороны выпуклой поверхности газоразрядная камера полусферической формы имеет герметичное соединение минимум с двумя направляющими трубками, оси которых не совпадают, оси которых определяют направления векторов тяги, один конец которых соединен с газоразрядной камерой полусферической формы, а другой конец открыт во внешнее пространство, при этом на конце направляющих трубок, открытом во внешнее пространство, имеется минимум два магнитных сопла, по количеству направляющих трубок, имеющих линии электрической связи с минимум одним источником питания магнитного сопла, имеющим линии электрической связи с модулем преобразования бортового питания и управляющим модулем, при этом с плоской стороны газоразрядной камеры полусферической формы расположена антенна, имеющая линию электрической связи с генератором токов высокой частоты, имеющим линии электрической связи с минимум одной антенной, модулем преобразования бортового питания и управляющим модулем, при этом газоразрядная камера полусферической формы имеет линию газодинамической связи с системой хранения и подачи рабочего тела, имеющей линии электрической связи с модулем преобразования бортового питания и управляющим модулем.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что антенна является плоским индуктором.
3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что антенна является магнито-усиленным индуктором, состоящим из индуктора, выполненного из проводящего материала, окруженного ферромагнитным материалом.
RU2022122819A 2022-08-24 Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой RU2796728C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2796728C1 true RU2796728C1 (ru) 2023-05-29

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013131320A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
RU2568960C1 (ru) * 2014-08-25 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Способ бесконтактной транспортировки космических объектов
CN111140447A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 北京航空航天大学 一种用于电推进的包括旁置电磁线圈的矢量磁喷管
RU2741401C1 (ru) * 2020-01-29 2021-01-25 Андрей Иванович Шумейко Модуль с многоканальной плазменной двигательной установкой для малого космического аппарата
RU2764823C1 (ru) * 2020-11-16 2022-01-21 Общество С Ограниченной Отвественностью «Эдвансд Пропалшн Системс» Двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013131320A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Tokyo Electron Ltd プラズマ処理装置
RU2568960C1 (ru) * 2014-08-25 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Способ бесконтактной транспортировки космических объектов
CN111140447A (zh) * 2019-12-23 2020-05-12 北京航空航天大学 一种用于电推进的包括旁置电磁线圈的矢量磁喷管
RU2741401C1 (ru) * 2020-01-29 2021-01-25 Андрей Иванович Шумейко Модуль с многоканальной плазменной двигательной установкой для малого космического аппарата
RU2764823C1 (ru) * 2020-11-16 2022-01-21 Общество С Ограниченной Отвественностью «Эдвансд Пропалшн Системс» Двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ahedo Plasmas for space propulsion
US6334302B1 (en) Variable specific impulse magnetoplasma rocket engine
US9591741B2 (en) Plasma thruster and method for generating a plasma propulsion thrust
Koizumi et al. Miniature microwave discharge ion thruster driven by 1 watt microwave power
US6121569A (en) Plasma jet source using an inertial electrostatic confinement discharge plasma
US6293090B1 (en) More efficient RF plasma electric thruster
US4866929A (en) Hybrid electrothermal/electromagnetic arcjet thruster and thrust-producing method
US20060290287A1 (en) Two-stage hall effect plasma accelerator including plasma source driven by high-frequency discharge
Koizumi et al. Engineering model of the miniature ion propulsion system for the nano-satellite: HODOYOSHI-4
WO2021154124A1 (ru) Модуль с многоканальной плазменной двигательной установкой для малого космического аппарата
EP2853736B1 (en) Chemical-electromagnetic hybrid propulsion system with variable specific impulse
US11187213B2 (en) Thruster device
Vavilov et al. Review of electric thrusters with low consumption power for corrective propulsion system of small space vehicles
Yongjie et al. Overview of Hall electric propulsion in China
Morishita et al. Application of a microwave cathode to a 200-W Hall thruster with comparison to a hollow cathode
RU2796728C1 (ru) Многоканальный плазменный двигатель с полусферической газоразрядной камерой
Koizumi et al. Performance of the miniature and low power microwave discharge ion engine mu-1
CN111520301B (zh) 一种无中和器空间电推进装置
Hoyt et al. Magnetic nozzle design for coaxial plasma accelerators
RU2771908C1 (ru) Волновой ионный двигатель с замкнутой газоразрядной камерой
RU2764487C1 (ru) Гибридный волновой плазменный двигатель для низкоорбитального космического аппарата
RU2764823C1 (ru) Двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата
Koizumi et al. Switching operation of ion beam extraction and electron emission using the miniature ion thruster μ1
Kravchenko et al. Development of 5-cm ion thruster and preliminary numerical simulation of plasma in its discharge chamber
US20230271728A1 (en) Electrodeless plasma thruster with close ring-shaped gas discharge chamber