Электроракетные двигатели

Практические работы над электроракетными двигателями, начатые в 1970-е гг., были связаны с ограниченными возможностями бортовых энергоустановок КА, максимальная электрическая мощность которых составляла около 1 кВт. Такой уровень мощности и предъявляемые к ЭРД требования обусловили целесообразность разработки стационарных плазменных двигателей (СПД) на основе холловского ускорителя плазмы с замкнутым дрейфом электронов. Первые образцы СПД были выполнены в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова, а затем в КБ "Факел". Эти двигатели имеют достаточно высокие характеристики при указанном уровне мощности и удельном импульсе тяги, равном примерно 20 км/с; рабочим телом является ксенон.

В ближайшие одно-два десятилетия с помощью ЭРД будут решаться задачи коррекции орбиты космических аппаратов с целью устранения ошибок их выведения и ее поддержания (или изменения) в течение периода активного существования КА, компенсации возмущений, действующих на аппараты при их функционировании как на геостационарной, так и на низких околоземных орбитах; обеспечения высокоточной ориентации и стабилизации КА; доставки КА с опорной околоземной орбиты на более высокие, например, геостационарную.

Впоследствии ЭРД должны найти широкое использование при обеспечении полетов космических аппаратов к Луне и планетам Солнечной системы. В настоящее время весьма эффективно и рентабельно применение ЭРД в составе геостационарных спутников связи. Оценки показывают, что замена ЖРД МТ, обеспечивающего коррекцию орбиты, на ЭРД позволит снизить массу типового спутника на 15 % при сроке его активного существования (САС) 5 лет и на 40 % при САС 15 лет, а при постоянной массе спутника — увеличить число каналов связи и объем передаваемой информации соответственно на 30 и более чем на 50 %.

Анализ задач РКТ на ближайшую перспективу показывает,что для оснащения большинства КА потребуются ЭРД с электрической мощностью от 1 до 10 кВт (в дальнейшем — до 100 кВт), удельным импульсом тяги от 15 до 30 км/с и ресурсом работы порядка 10 000 ч. Указанный диапазон параметров ЭРД является оптимальным для выполнения задач коррекции и ориентации аппаратов различного назначения, межорбитальных перелетов, поддержания орбит низколетающих спутников и т.п. В числе перспективных направлений исследований ближайшего будущего необходимо отметить создание СПД, которые будут работать с использованием менее дефицитных, чем ксенон, веществ, так как запас рабочего тела, потребный, например, для средств межорбитальной буксировки, исчисляется десятками тонн.

В более отдаленной перспективе, по мере решения глобальных энергетических и экологических проблем и роста масштабов межорбитальных транспортных операций, технический и экономический эффекты от использования ЭРД будут возрастать. Без подобных двигателей практически невозможна организация будущих пилотируемых межпланетных экспедиций, широкомасштабного освоения Луны. Поэтому совершенствование ЭРД с потребляемой мощностью десятки-сотни мегаватт, удельным импульсом тяги 15...80 км/с, ресурсом до 5 лет, способных надежно ра-ботать на основе таких доступных веществ, как аргон, криптон, литий, натрий, азот, представляется одним из наиболее перспективных и актуальных направлений развития космического двигателестроения.