Электроракетные двигатели и их характеристики

Электрический ракетный двигатель

Электри́ческий раке́тный дви́гатель (ЭРД) — ракетный двигатель, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии в направленную кинетическую энергию частиц [2] . Также встречаются названия, включающие слова реактивный и движитель.

Комплекс, состоящий из набора ЭРД, системы хранения и подачи рабочего тела (СХиП), системы автоматического управления (САУ), системы электропитания (СЭП), называется электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ).

Содержание

• 1 Введение
• 2 Классификация ЭРД
• 3 Краткие технические характеристики
• 4 История
• 5 Перспективы
• 6 См. также
• 7 Ссылки
• 8 Примечания
• 9 Литература

Введение [ править | править код ]

Идея использовать для ускорения электрическую энергию в реактивных двигателях возникла практически в начале развития ракетной техники. Известно, что такую идею высказывал К. Э. Циолковский. В 1916—1917 годах Р. Годдард провёл первые эксперименты, а в 30-х годах XX столетия в СССР под руководством В. П. Глушко был создан один из первых действующих ЭРД.

С самого начала предполагалось, что разнесение источника энергии и ускоряемого вещества позволит обеспечить высокую скорость истечения рабочего тела (РТ), а также и меньшую массу космического аппарата (КА) за счёт снижения массы хранимого рабочего тела. Действительно, в сравнении с другими ракетными двигателями ЭРД позволяют значительно увеличить срок активного существования (САС) КА, существенно при этом снизив массу двигательной установки (ДУ), что, соответственно, позволяет увеличить полезную нагрузку, либо улучшить массо-габаритные характеристики самого КА [3] .

Расчёты показывают, что использование ЭРД позволит сократить длительность полёта к дальним планетам (в некоторых случаях даже сделать такие полёты возможными) или, при той же длительности полёта, увеличить полезную нагрузку.

Начиная с середины 1960-х годов в СССР и в США начались натурные испытания ЭРД, а в начале 1970-х ЭРД стали использоваться как штатные ДУ.

В настоящее время ЭРД широко используются как в ДУ спутников Земли, так и в ДУ межпланетных КА.

Классификация ЭРД [ править | править код ]

Классификация ЭРД не устоялась, однако в русскоязычной литературе обычно принято классифицировать ЭРД по преобладающему механизму ускорения частиц. Различают следующие типы двигателей:

ЭТД, в свою очередь, делятся на электронагревные (ЭНД) и электродуговые (ЭДД) двигатели.

Электростатические делятся на ионные (в том числе коллоидные) двигатели (ИД, КД) — ускорители частиц в униполярном пучке, и ускорители частиц в квазинейтральной плазме. К последним относятся ускорители с замкнутым дрейфом электронов и протяжённой (УЗДП) или укороченной (УЗДУ) зоной ускорения. Первые принято называть стационарными плазменными двигателями (СПД), также встречается (всё реже) наименование — линейный холловский двигатель (ЛХД), в западной литературе именуется холловским двигателем. УЗДУ обычно называются двигателями с ускорением в анодном слое (ДАС).

К сильноточным (магнитоплазменным, магнитодинамическим) относят двигатели с собственным магнитным полем и двигатели с внешним магнитным полем (например, торцевой холловский двигатель — ТХД).

Импульсные двигатели используют кинетическую энергию газов, появляющихся при испарении твёрдого тела в электрическом разряде.

В качестве рабочего тела в ЭРД могут применяться любые жидкости и газы, а также их смеси. Тем не менее, для каждого типа двигателей существуют рабочие тела, применение которых позволяет достигнуть наилучших результатов. Для ЭТД традиционно используется аммиак, для электростатических — ксенон, для сильноточных — литий, для импульсных — фторопласт.

Недостатком ксенона является его стоимость, обусловленная небольшим годовым производством (менее 10 тонн в год во всём мире), что вынуждает исследователей искать другие РТ, похожие по характеристикам, но менее дорогие. В качестве основного кандидата на замену рассматривается аргон. Он также является инертным газом, но, в отличие от ксенона имеет большую энергию ионизации при меньшей атомной массе. Энергия, затраченная на ионизацию на единицу ускоренной массы, является одним из источников потерь КПД.

Краткие технические характеристики [ править | править код ]

ЭРД характеризуются малым массовым расходом РТ и высокой скоростью истечения ускоренного потока частиц. Нижняя граница скорости истечения примерно совпадает с верхней границей скорости истечения струи химического двигателя и составляет около 3 000 м/с. Верхняя граница теоретически неограничена (в пределах скорости света), однако для перспективных моделей двигателей рассматривается скорость, не превышающая 200 000 м/с. В настоящее время для двигателей различных типов оптимальной считается скорость истечения от 16 000 до 60 000 м/с.

В связи с тем, что процесс ускорения в ЭРД проходит при низком давлении в ускорительном канале (концентрация частиц не превышает 10 20 частиц/м³), плотность тяги довольно мала, что ограничивает применение ЭРД: внешнее давление не должно превышать давление в ускорительном канале, а ускорение КА очень мало (десятые или даже сотые g). Исключением из этого правила могут быть ЭДД на малых КА.

Электрическая мощность ЭРД колеблется от сотен ватт до мегаватт. Применяемые в настоящее время на КА ЭРД имеют мощность от 800 до 2 000 Вт.

ЭРД характеризуются КПД — от 30 до 80 %.

История [ править | править код ]

В 1964 году в системе ориентации советских КА «Зонд-2» в течение 70 минут функционировали 6 эрозионных импульсных РД, работавших на фторопласте; получаемые плазменные сгустки имели температуру

30 000 К и истекали со скоростью до 16 км/с (конденсаторная батарея имела ёмкость 100 мкФ, рабочее напряжение составляло

1 кВ). В США подобные испытания проводились в 1968 году на КА «ЛЭС-6». В 1961 году пинчевый импульсный РД американской фирмы «Рипаблик авиэйшен» (англ. Republic Aviation ) развил на стенде тягу 45 мН при скорости истечения 10—70 км/с.

1 октября 1966 года трёхступенчатой геофизической ракетой 1Я2ТА была запущена на высоту 400 км автоматическая ионосферная лаборатория «Янтарь-1» для исследования взаимодействия реактивной струи электрического ракетного двигателя (ЭРД), работавшего на аргоне, с ионосферной плазмой. Экспериментальный плазменно-ионный ЭРД был впервые включён на высоте 160 км, и в течение дальнейшего полёта было проведено 11 циклов его работы. Была достигнута скорость истечения реактивной струи около 40 км/с. Лаборатория «Янтарь» достигла заданной высоты полёта 400 км, полёт продолжался 10 минут, ЭРД работал устойчиво и развил проектную тягу в пять граммов силы. О достижении советской науки научная общественность узнала из сообщения ТАСС.

Во второй серии экспериментов использовали азот. Скорость истечения была доведена до 120 км/с. В 1966—1971 годах запущено четыре подобных аппарата (по другим данным, до 1970 года и шесть аппаратов).

Осенью 1970 года успешно выдержал испытания в реальном полёте прямоточный воздушный ЭРД. В октябре 1970 года на XXI конгрессе Международной астрономической федерации советские учёные — профессор Г. Гродзовский, кандидаты технических наук Ю. Данилов и Н. Кравцов, кандидаты физико-математических наук М. Маров и В. Никитин, доктор технических наук В. Уткин — доложили об испытаниях воздушной двигательной установки. Зарегистрированная скорость реактивной струи достигла 140 км/с.

В 1971 году в системе коррекции советского метеорологического спутника «Метеор» работали два стационарных плазменных двигателя разработки Института атомной энергии им. И. В. Курчатова и ОКБ Факел, каждый из которых при мощности электропитания

0,4 кВт развивал тягу 18—23 мН и скорость истечения свыше 8 км/с. РД имели размер 108×114×190 мм, массу 32,5 кг и запас РТ (сжатый ксенон) 2,4 кг. Во время одного из включений один из двигателей проработал непрерывно 140 ч. Эта электрореактивная двигательная установка изображена на рисунке.

Также электроракетные двигатели используются в миссии Dawn и в проекте BepiColombo.

Перспективы [ править | править код ]

Хотя электроракетные двигатели имеют малую тягу по сравнению с жидкотопливными ракетами, они способны работать длительное время и осуществлять медленные полёты на большие расстояния [4] [5] . Самые совершённые на сегодняшний день электрические ракетные двигатели имеют ΔV до 100 км/с и при использовании ядерных источников энергии пригодны для полётов к внешним планетам Солнечной системы, но недостаточно мощные для межзвёздного полёта [4] [5] . Если же говорить о межзвездном полете, то электроракетный двигатель с ядерным реактором рассматривался для проекта Дедал, но был отвергнут из-за малой тяги, большого веса необходимого для преобразования ядерной энергии в электрическую, оборудования, и как следствие, небольшого ускорения, которому потребовались бы столетия для достижения нужной скорости [6] [7] [8] . Однако электро-ракетный способ межзвёздного полёта теоретически возможен при внешнем источнике энергопитания через лазер на солнечные батареи космического аппарата [9] [10] [11] .

В настоящее время многими странами исследуются вопросы создания пилотируемых межпланетных кораблей с ЭРДУ. Существующие ЭРД не являются оптимальными для использования в качестве маршевых двигателей для таких кораблей, в связи с чем в ближайшем будущем следует ожидать возобновления интереса к разработке сильноточных ЭРД на жидкометаллическом РТ (висмут, литий, калий, цезий) с электрической мощностью до 1 МВт, способных длительно работать при токах силой до 5—10 кА. Эти РД должны развивать тягу до 20—30 Н и скорость истечения 20—30 км/с при КПД 30 % и более. В 1975 г. подобный РД испытан в СССР на ИСЗ «Космос-728» (РД электрической мощностью 3 кВт, работающий на калии, развил скорость истечения

Кроме России и США исследованиями и разработкой ЭРД занимаются также в Великобритании, ФРГ, Франции, Японии, Италии. Основные направления деятельности этих стран: ИД (наиболее успешны разработки Великобритании и Германии, особенно — совместные); СПД и ДАС (Япония, Франция); ЭТД (Франция). В основном эти двигатели предназначены для ИСЗ.

Лаборатория «Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей»

По данным на 15.02.2021

Для ракетных двигателей одним из ключевых параметров является скорость истечения рабочего тела из двигателя. Для жидкостного ракетного двигателя она составляет около 4 км/сек. Для исследования дальнего космоса требуются более высокие скорости – от 30 до 70 км/сек. Эти параметры могут обеспечить высокочастотные ионные двигатели. В Московском авиационном институте давно шли работы над электрическими ракетными двигателями, которые преобразуют электрическую энергию в направленную энергию частиц. К сожалению, в связи с кризисом российской космической отрасли в 90-х гг. эти работы были сокращены. Благодаря конкурсу мегагрантов появилась возможность возобновить эти работы. Так, в 2010 году была создана Лаборатория высокочастотных ионных двигателей.

• Разработка физико-технических основ и анализ перспектив применения процессов высокочастотной (ВЧ) плазмодинамики для создания космических электроракетных двигателей (ЭРД) с высоким удельным импульсом тяги и ресурсом в широком диапазоне мощности, в частности высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД).

• Разработка и исследование подсистем ВЧИД: ВЧ разрядных камер, ионно-оптических систем с высокой плотностью тока, ВЧ генераторов, обеспечивающих высокие КПД и ресурс ВЧИД.

• Развитие существующих и создание новых физических моделей функционирования как отдельных элементов ВЧИД, так и ВЧИД в целом, разработка программно-алгоритмического обеспечения управления ВЧИД.

• Модернизация и создание экспериментальных стендов для исследования и испытаний ВЧИД с высокими удельными импульсами тяги, оснащенных современным вакуумным оборудованием и диагностическими средствами.

• Определение перспектив использования и освоение новых технологий и материалов для усовершенствования конструкции и энергетических характеристик ВЧИД.

• Разработка, исследование и передача в промышленные организации экспериментальных образцов ВЧИД по согласованным исходным данным.

• Разработка схем осуществления перспективных задач космических исследований в части межорбитальных и межпланетных перелетов с использованием маршевых ВЧИД.

• Исследование принципов интеграции ВЧИД с системами КА, в частности для обеспечения электромагнитной совместимости двигателей с КА и его бортовыми радиотехническими системами.

• Баллистический анализ перспективных транспортных задач с использованием ВЧИД.

Цель проекта:

• Исследование и разработка высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей с высоким удельным импульсом тяги

• Создание на основании проведенных поисково-прикладных исследований экспериментальных образцов высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД) и технологических источников ионов на их базе для внедрения в космическую технику

1. Разработана физико-математическая модель процессов, протекающих в ИОС ВЧИД, включающая расчет электростатических полей электродов, траекторий движение первичного ионного пучка, траекторий вторичных ионов перезарядки, образующихся в объеме первичного пучка и в зоне нейтрализации, а также скорости эрозии УЭ. Проведено численное моделирование процессов в элементарной ячейке ИОС заданных геометрий, соответствующих конструкции ВЧИД-16 и ВЧИД-45М Ресурс УЭ из углеродного композита при номинальных режимах работы двигателя оценивается по результатам моделирования в 30000 часов.
2. Разработана усовершенствованная версия расчетной тепловой модели ВЧИД, основанной на расчете мощности, выносимой из плазмы ГРК потоками ионов и электронов. Расчеты выявили возможность заметного снижения температуры ГРК и ЭЭ, наиболее критического элемента конструкции ВЧИД в плане его термической деформации при тепловом нагружении. Результаты выполненных тепловых расчетов использованы в качестве исходных данных для проведения расчетов термической деформации электродов ИОС.
3. Выполнен цикл работ по доработке и адаптации расчетной термомеханической модели узла ИОС применительно к ВЧИД с диаметром ионного пучка 150…200 мм. Были численно определены дополнительные прогибы электродов, выполненных из разных материалов и имеющих различный начальный прогиб при тепловом нагружении с радиальным градиентом температуры 5 0 /см.
4. Разработана тепловая модель двигателя ВЧИД-8 в приближении тепловыделения в объеме плазмы как в твердом элементе с распределенной объемной электропроводностью, подверженному индукционному нагреву. Такая модель автоматически реализует равенство мощности, выделенной в объеме и подведенной к стенкам. Проведено тепловое моделирование с использованием программного комплекса Comsol Multiphysics® v4.3b.
5. Разработаны лабораторные модели ВЧИД-10, ВЧИД-16, ВЧИД-16М, ВЧИД-45М.
6. Найдены конструктивные решения, позволившие значительно снизить цену иона и приблизиться к мировому уровню. Повышение характеристик модели ВЧИД ожидается при переходе к камерам меньшей длины, а также сферической и конической формы. В настоящее время данные камеры изготовлены и ведутся работы по подготовке к испытаниям моделей с ними.
7. Проведено исследование физических процессов в лабораторных моделях ВЧИД с целью получения режима максимальной эффективности. Показано, что для получения режима максимального КПД в индукционном разряде с емкостной связью в отличие от режима максимальной мощности необходимо, чтобы импеданс ВЧГ был меньше импеданса нагрузки, состоящей из согласующей цепи, ГРК совместно с индуктором и их паразитными емкостями. При выполнении указанных рекомендаций КПД ВЧГ совместно с разрядом может превышать 90 %.
8. Разработана, рассчитана и проанализирована эквивалентная схема индукционного разряда с емкостной связью, предназначенная для определения электрического импеданса ГРК совместно с индуктором. Результаты анализа показывают, что активная и реактивная части импеданса нагрузки зависят от основных плазменных параметров. Проведены детальные расчеты для моделей ВЧИД-45М и ВЧИД-10. В отличие от большинства публикаций, где, как правило, рассматривается цилиндрический индуктор, длина которого много больше радиуса, в данной работе дополнительно учтены конечные продольные размеры катушки индуктора, в частности, проведен анализ для короткого индуктора.
9. Разработан и изготовлен лабораторный образец ВЧГ-3000, предназначенного для использования в составе линейки ВЧИД размерностью ионного пучка от 100 до 450 мм. В основу работы ВЧГ положен принцип формирования сигнала с перестраиваемой частотой с помощью маломощного ЗГ, с последующим усилением в широкополосном усилителе и в усилителе мощности.
10. Проведены испытания ВЧГ-3000 на калиброванную резистивную нагрузку в виде коаксиального резистора сопротивлением 62 Ом с рассеиваемой мощностью 1000 Вт показавшие, что ВЧГ-3000 в исследуемом диапазоне частот обеспечивает требуемую мощность на резистивной нагрузке, а максимальная нелинейность показаний уровня ВЧ мощности, по данным стрелочного прибора генератора во всем диапазоне частот и мощностей не превышает 15 %.
11. Разработанный лабораторный образец ВЧГ-3000 может быть использован для отработки в наземных условиях линейки ВЧИД размерностью ионного пучка от 100 мм до 450 мм. При этом он устанавливается за пределами вакуумной камеры, а ввод ВЧ энергии осуществляется с помощью фидерных линий. В случае размещения двигателя на фланце с проходными разъемами для индуктора, СУ размещается вне вакуумной камеры. При размещении двигателя непосредственно в вакуумной камере СУ так же размещается в вакуумной камере в непосредственной близости от выводов индуктора.
12. С использованием стендового ВЧГ-3000 проведены исследования режимов работы ВЧИД-10 для трех рабочих частот и трех значений объемного расхода РТ. Для каждого из вышеуказанных режимов осуществлялось изменение напряжения на индукторе при одновременном контроле тока пучка. Показано, что за счет регулировки выходной мощности генератора можно обеспечить изменение тока пучка от 20 мА до 190 мА, что полностью перекрывает возможные режимы работы ВЧИД-10.
13. Разработана методика измерения параметров ЭМП, создаваемых при работе ВЧИД, в диапазоне частот 1…18 ГГц. В основу методики положены измерения мощности шумового процесса (возникающего при работе ВЧИД) на выходе измерительной антенны с последующим пересчетом в напряженность электрического поля в раскрыве антенны. Измерения проводятся во всей полосе частот измерительной антенны и представляются в виде графиков зависимостей абсолютных значений напряженности электрического поля от частоты.
14. Разработанная методика измерения параметров электромагнитных полей, создаваемых при работе ВЧИД, представляет собой эффективный инструмент по исследованию помехоэмиссии линейки ВЧИД размерностью ионного пучка от 100 мм до 450 мм. С ее помощью можно проводить исследование помехоэмиссии ВЧИД в интересах задач электромагнитной совместимости с целью определения степени их влияния на бортовые системы КА.
15. Представлена методика оптимизации многовитковых траекторий межорбитального перелета КА с маршевой ЭРДУ. Особенностью представленной методики, по сравнению с результатами, представленными в предыдущих отчетах, является использование точной, неосредненной математической модели невозмущенного оптимального движения КА. Разработаны математические модели и методы моделирования возмущенных квазиоптимальных траекторий перелета с использованием, полученного ранее в устойчивого квазиоптимального управления с обратной связью. Представлен сравнительный анализ использования ВЧИД и СПД на современных и перспективных геостационарных КА. Выработаны рекомендации по областям применения ВЧИД. Перспективной областью применения ВЧИД с электрической мощностью 2 — 3 кВт оказалось их использование в составе корректирующих ЭРДУ геостационарных КА. ВЧИД мощностью около 5 кВт в ряде случаев могут составить конкуренцию двигателям СПД-140Д в задачах довыведения КА с маршевой ЭРДУ на ГСО по комбинированной схеме при возможности увеличения времени транспортной операции. Несмотря на то, что удельный импульс ВЧИД (в отличие от СПД-140Д) существенно больше оптимального для этой задачи, высокий КПД ВЧИД позволяет скомпенсировать связанные с этим потери в длительности выведения при корректной оптимизации параметров орбиты отделения КА от разгонного блока. Безусловно, перспективным является использование ВЧИД большой мощности (25…50 кВт) в составе перспективных многоразовых межорбитальных буксиров, имеющих в своем составе ТЭМ мегаваттного класса. Было определено, что один такой буксир может обеспечить современный коммерческий грузопоток на ГСО, реализуемый в Российской Федерации, в течение 5…6 лет при сокращении требуемого числа пусков ракета-носителей для реализации этой программы в 2,33…3,75 раза.

Результаты исследований использованы при выполнении НИР и ОКР Федеральной космической программы Российской Федерации на 2016 – 2025 г., утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 23 марта 2016 г. № 230. Выполнены и выполняются следующие работы: «Устойчивость», «Партитура», «ДУ КА», «Форсаж», «Отработка» и «Эксплуатация МКС» и др.

Образование и переподготовка кадров:

За время существования лаборатории четырнадцать студентов получили дипломы о высшем образовании, было защищено шестнадцать кандидатских работ с присвоением званий кандидатов технических и физико-математических наук, а также три докторских работы с присвоением званий докторов технических наук.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

Произведена модернизация и дооснащение стендовой базы, которая позволяет производить отработку и исследования рабочих процессов электроракетных двигателей мощностью до 50 кВт с поддержанием глубокого вакуума на расходах рабочего тела Хе до 30 мг/с. Стенд был оборудован необходимыми для работы ВЧИД системами электропитания, системами подачи рабочих газов в двигатели при их работе в камере, системами измерения основных параметров двигателей (потребляемой мощности, расходов рабочих газов, получаемой тяги и др.), системами автоматизированного сбора экспериментальных данных.

На стенде производятся исследования характеристик двигателей ВЧИД с двумя вакуумными камерами диаметром 2 м и рабочей длиной до 6,5 м и до 3,5 м, откачиваемых безмасляными криогенными, турбомолекулярными и форвакуумными насосами, обеспечивающими остаточное давление в вакуумной камере до 3,5´10 -6 мм.рт.ст. и рабочее давление не выше 5´10 -5 мм.рт.ст. при работе в камере ВЧИД (данные по рабочему давлению в вакуумной камере соответствуют лучшим мировым стандартам).

Сотрудничество:

Проведение совместной подготовки ряда Российско-Германских конференций по тематике электроракетных двигателей и их применения. Проведены стажировки сотрудников лаборатории ВЧИД одновременно с прохождением V Российско-Германской конференции по электрическим ракетным двигателям (V Russian-German Conference on Electric Propulsion), которая прошла с 07.09.2014 года по 12.09.2014, г. Дрезден, Германия, а также с прохождением 34-ой Международной конференции по электрическим двигателям (34th International Electric Propulsion Conference), которая прошла с 04.07.2015 года по 10.07.2015, г. Кобе, Япония (Kobe, Japan). Совместно с Гисенским Университетом им. Юстуса Либиха проведена работа по оценке тепловых полей ВЧИД с диаметром рабочей части 80 мм, а так же осуществлена поставка системы питания, управления источника и самого источника RIM-20.

Электроракетные двигатели и их характеристики

СуперОкс опубликовал детали своего космического проекта

Российским разработчиком создан сверхпроводниковый электроракетный двигатель с эффективностью 54%

«Сопло» электроракетного двигателя на сверхпроводниках во время испытаний

Москва, 12 января 2021 года. Компания «СуперОкс» впервые делится подробностями своего трехлетнего проекта по разработке и испытаниям мощного электроракетного двигателя (ЭРД) со сверхпроводниковым магнитом. В декабре 2020 года статья опубликована в английском журнале серии Journal of Physics:

Применение созданных в «СуперОкс» сверхпроводниковых технологий позволило достичь рекордных характеристик двигателя. В ходе проекта компании удалось впервые продемонстрировать, что сверхпроводимость может быть применена для создания космической техники с большим практическим эффектом: технология ЭРД высокой мощности значительно снизит затраты на выведение и доставку на целевые орбиты и сделает космос более доступным. Электроракетный двигатель с полученными параметрами – ключевой элемент для межорбитального буксира, а также аппаратов исследования Луны, Марса и дальнего космоса, поскольку для создания тяги этот двигатель использует в 10 раз меньше топлива (по массе), чем «химические» реактивные двигатели.

В проекте «СуперОкс» разрабатывался магнитоплазмодинамический вариант ЭРД. В таком двигателе «топливом» служит превращенный в плазму инертный газ, который разгоняется электромагнитным полем. За счет большой скорости разгона плазмы, такому двигателю нужно значительно меньше топлива, чем традиционному реактивному двигателю, работающему за счет реакции горения. Отличительной чертой созданного образца сверхпроводникового ЭРД является высокая мощность – десятки киловатт. Для сравнения, ЭРД, применяемые в космической технике сегодня, крайне редко имеют мощность выше 10 кВт.

«За три года исследований нами достигнута эффективность работы реактивной тяги электрического ракетного двигателя 54% и получена реактивная тяга силой 1 Ньютон при мощности двигателя 30 киловатт», — отмечает заместитель генерального директора ЗАО «СуперОкс» Алексей Воронов, – «Разработанная технология позволяет проектировать двигатель с реактивной тягой вплоть до 5 Ньютонов и более без потери качества преобразования энергии. Этот результат стал возможен только благодаря высокому магнитному полю в нашем двигателе, которое создается магнитом из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП)».

Применение сверхпроводимости позволило достичь существенных для применения в космосе практических результатов, а именно:

• масса магнита снижена в 4 раза относительно медного аналога,
• габариты магнитной системы снижены в 3 раза,
• энергопотребление магнита снижено более чем в 20 раз по сравнению с медным аналогом,
• достигнуто значение КПД двигателя 54%,
• показано, что применение магнитного поля увеличивает эффективность работы двигателя в 7 раз, а удельный импульс и тягу в 3 раза,

Универсальная система измерения реактивной тяги рабочей модели электрического ракетного двигателя была разработана, изготовлена, установлена и опытно отработана специалистами «СуперОкс» в сотрудничестве с кафедрой физики плазмы НИЯУ МИФИ. Компания планирует развивать сотрудничество с МИФИ для изготовления и испытания новых прототипов двигателя.

«СуперОкс» – российская частная высокотехнологичная группа компаний, развивающая технологии на основе высокотемпературной сверхпроводимости (ВТСП). Группа производит ВТСП-провод второго поколения и энергетическое оборудование на его основе.

Реактивная струя плазмы электрического ракетного двигателя с ВТСП-магнитом.
Мощность 25 кВт. Реактивная тяга до 1 Н, удельный импульс 3840 сек, КПД до 54%.

Вакуумный стенд, созданный «СуперОкс» для испытания электрических ракетных двигателей мощностью до 100 кВт.

Рабочая часть электрического ракетного двигателя мощностью 25 кВт.

Сверхпроводниковый электромагнит с магнитным полем до 1 Тл, изготовленный «СуперОкс» для испытания модели электрического ракетного двигателя.

Концепция выведения спутников на орбиты при помощи межорбитального буксира с электроракетным двигателем высокой мощности: одна ракета-носитель выводит не один (как сейчас), а сразу три спутника, которые буксир с ЭРД доставляет на целевую орбиту.

Скачать пресс-релиз в формате PDF можно по ссылке.

Новейший российский сверхпроводниковый электроракетный двигатель прошёл стендовые испытания

Российская частная компания «СуперОкс», работающая в области высокотемпературной сверхпроводимости, в сотрудничестве с кафедрой физики плазмы НИЯУ МИФИ создала и завершила стендовые испытания электроракетного двигателя с эффективностью 54 %. По словам компании, он позволит снизить затраты на выведение и доставку космических аппаратов на целевые орбиты, сделав космос доступнее.

Реактивная струя плазмы ЭРД с ВТСП-магнитом, мощность 25 кВт, реактивная тяга 1 Н, КПД 54 %

В ходе трёхлетнего проекта компания впервые продемонстрировала, что сверхпроводимость может быть применена для создания космической техники с большим практическим эффектом. Такой двигатель может стать ключевым элементом аппаратов или разгонных блоков, предназначенных для исследования Луны, Марса и дальнего космоса.

Концепция выведения спутников на орбиты при помощи межорбитального буксира с ЭРД высокой мощности

Двигатель использует принцип ускорения плазмы внешним магнитным полем, создаваемым сверхпроводниками. Применение последних позволило добиться рекордных характеристик. Созданный образец сверхпроводникового ЭРД может предложить мощность в десятки киловатт. Для сравнения: ЭРД, применяемые в космической технике сегодня, крайне редко имеют мощность выше 10 кВт.

«Сопло» электроракетного двигателя на сверхпроводниках во время испытаний

Для создания тяги в двигателе используется превращённый в плазму инертный газ, который разгоняется электромагнитным полем. Он использует в 10 раз меньше топлива (по массе), чем «химические» реактивные двигатели. Это позволит дольше работать и увеличивает срок эксплуатации потенциальных космических аппаратов.

Вакуумный стенд «СуперОкс» для испытания ЭРД мощностью до 100 кВт

Применение сверхпроводимости позволило достичь существенных для применения в космосе практических результатов:

• масса магнита снижена в 4 раза относительно медного аналога;
• габариты магнитной системы снижены в 3 раза;
• энергопотребление магнита снижено более чем в 20 раз по сравнению с медным аналогом;
• достигнуто значение КПД двигателя 54 %;
• показано, что применение магнитного поля увеличивает эффективность работы двигателя в 7 раз, а удельный импульс и тягу — в 3 раза.

Рабочая часть ЭРД мощностью 25 кВт

«За три года исследований нами достигнута эффективность работы реактивной тяги электрического ракетного двигателя 54 % и получена реактивная тяга силой 1 Ньютон при мощности двигателя 30 киловатт, — отметил заместитель главы «СуперОкс» Алексей Воронов, — Разработанная технология позволяет проектировать двигатель с реактивной тягой вплоть до 5 Ньютонов и более без потери качества преобразования энергии. Этот результат стал возможен только благодаря высокому магнитному полю в нашем двигателе, которое создаётся магнитом из высокотемпературного сверхпроводника (ВТСП)».

Сверхпроводниковый электромагнит с магнитным полем до 1 Тл, изготовленный «СуперОкс» для испытания модели ЭРД

Технопарк «Слава»

В технопарке «Слава» завершили испытания электроракетного двигателя

Он может стать ключевым элементом аппаратов, предназначенных для исследования дальнего космоса.

Резидент московского технопарка «Слава» представил новый электроракетный двигатель. Проект разрабатывался и проходил испытания в течение трех лет. Двигатель может стать частью космических аппаратов или разгонных блоков для их выведения на целевые орбиты.

В прошлом году разработчик двигателя — компания «СуперОкс» — получил от Правительства Москвы экспортный кешбэк. Это грант в размере 10 процентов от выручки по исполненным экспортным контрактам. Также ей предоставили субсидию на инжиниринг — разработку конструкторской и технологической документации, изготовление и проведение испытаний, приобретение оборудования.

«Статус резидента технопарка дает технологическому бизнесу дополнительные возможности для развития. Резиденты могут пользоваться специальными мерами поддержки: налоговыми льготами, субсидиями на инжиниринг, покупку или лизинг оборудования, на экспорт продукции и обучение персонала. Компания — разработчик электроракетного двигателя в прошлом году получила грант и субсидию, их общий размер — более 37,5 миллиона рублей. Финансовая помощь города позволила предприятию успешно завершить стендовые испытания», — отметила Наталья Сергунина, заместитель Мэра Москвы.

Новый электроракетный двигатель использует принцип ускорения плазмы внешним магнитным полем, которое создается сверхпроводниками. Сверхпроводники в конструкции — это ноу-хау двигателя. За счет них он обладает высокой мощностью, что является одной из ключевых характеристик.

«Нам удалось продемонстрировать, что сверхпроводимость может быть применена для создания космической техники. Технология электроракетного двигателя высокой мощности может снизить затраты на выведение и доставку космических аппаратов на целевые орбиты и сделает космос более доступным», — отметили разработчики.

Для создания тяги в двигателе используется инертный газ, а не химическое топливо. Это позволит ему работать дольше и увеличит срок эксплуатации космического аппарата, на котором его установят.

На сегодняшний день в Москве действует 37 технопарков, еще пять находятся на стадии развития в рамках инвестиционных приоритетных проектов. В технопарках разместилось уже более двух тысяч компаний, создано 67 тысяч рабочих мест. В 2020 году резидентами стали еще 82 предприятия.

Основная сфера деятельности большинства резидентов (57 процентов) технопарка «Слава» — биомедицина. Например, одна из компаний разрабатывает оборудование для молекулярно-генетических исследований методом полимеразной цепной реакции. Еще 14 процентов резидентов занимается приборостроением, а 29 процентов — электро- и информационными технологиями.

© АО «Технопарк Слава»

Москва, Научный проезд, дом 20, строение 2

• Присоединяйтесь к на в Instagram
• Присоединяйтесь к нам в FaceBook
• Присоединяйтесь к на ВК

Оставьте заявку, мы вам перезвоним, как только получим её.