Перспективы применения магнетронного разряда в качестве эмиттера электронов в катоде-компенсаторе для электроракетных двигателей

Авторы

Подгуйко Н. А.^*, Марахтанов М. К., Хохлов Ю. А.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: podguyko.nikolay@mail.ru

Аннотация

Предметом данной статьи является оценка перспектив применения магнетронного разряда в качестве эмиттера электронов для катода-компенсатора электроракетных двигателей. Оценен энергетический аспект применения магнетронного катода-компенсатора для современных стационарных двигателей. Дана теоретическая оценка минимального рабочего напряжения, которое составило 126 В для магнетронного разряда с медным катодом в атмосфере аргона. Проведено экспериментальное исследование влияния давления плазмообразующего газа на величину рабочего напряжения магнетронного разряда для нескольких вариантов комбинации материал катода – рабочий газ. Минимальное напряжение разряда 160... 170 В было получено при работе на смеси аргона с воздухом и использовании алюминиевого катода.

Ключевые слова

магнетронный разряд, катод-компенсатор, электроракетный двигатель, напряжение магнетронного разряда, полый катод

Библиографический список

1. Гусев Ю.Г., Пильников А.В. Роль и место электроракетных двигателей в Российской космической программе // Труды МАИ. 2012. № 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35385

2. Бойкачев В.Н., Гусев Ю.Г., Жасан В. С., Ким В.П., Мартынов М.Б., Мурашко В.М., Нестерин И.М., Пильников А.В., Попов Г.А. О возможности создания электроракетной двигательной установки мощ­ностью 10.30 кВт на базе двухрежимного двигателя СПД 140Д // Космическая техника и технология. 2014. № 1(4). С. 48-59.

3. Гришин С.Д. Основы теории электрических ракетных двигателей: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. – 181 с.

4. Pedrini D.F., Ducci C.C., Misuri T., Paganucci F, Andrenucci M. Hollow cathodes development at sitael // Space propulsion 2016, Marriott park hotel, Rome, Italy, 02-06 May 2016.

5. Goebel D.M., Watkins R.M., Jameson K.K. LaB6 hollow cathodes for ion and Hall thrusters // Journal of Propulsion and Power. 2007. Vol. 23. No 3, pp. 552-558. URL: 10.2514/1.25475

6. Ким В.П. Стационарные плазменные двигатели в России: проблемы и перспективы // Труды МАИ. 2013. № 60. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=35374

7. Shagayda A.A. On scaling of Hall effect thrusters // IEEE Transactions on Plasma Science. 2015. Vol. 43. No. 1, pp. 12-28. DOI: 10.1109/TPS.2014.2315851

8. Szabo J., Robin M., Paintal S., Pote B., Hruby V., Freeman C. Iodine propellant space propulsion // The 33rd International Electric Propulsion Conference (The George Washington University, USA, 6-10 October 2013). IEPC Paper. 2013. № 311.

9. Kamhawi H., Benavides H.G., Hickman T., Smith T. Overview of iodine propellant Hall thruster development activities at NASA glenn research center // 52nd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. 2016. URL: http://erps.spacegrant.org/uploads/images/images/iepc_articledownload_1988-2007/2013index/xi1i0x3l.pdf

10. Островский В.Г., Смоленцев А.А., Щербина П.А. Йод как альтернативное рабочее тело электроракетных двигателей // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королёва (национального исследовательского университета). 2014. № 5-4(47). С. 131-136.

11. Духопельников Д.В., Ивахненко С.Г., Рязанов В.А., Шилов С.О. О возможности использования холловского двигателя на забортном воздухе для удержания космического аппарата на низкой околоземной орбите // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2016. № 12. С. 57-71. DOI: 10.7463/1216.0852758

12. Марахтанов М.К., Пильников А.В. О возможности применения солнечной электрореактивной двига­тельной установки на низкоорбитальных малых космических аппаратах // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 4. С. 26-39.

13. Смирнов П.Е., Хартов С.А., Кашулин А.П. Экспериментальное исследование работы катода-нейтрали­затора с высокочастотным разрядом // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 117-124.

14. Окс Е.М. Источники электронов с плазменным катодом: физика, техника, применения. – Томск: Изд-во НТЛ, 2005. – 216 c.

15. Bernikova M.Yu, Gopanchuk V.V. Parametric family of the PlaS-type thrusters: development status and future activities // The 35th International Electric Propulsion Conference IEPK-2017 (Georgia Institute of Technology, USA , 08-12 October 2017).

16. Duchemin O., Rabin J., Balika L, Diome M, Lonchard J.M., Cavelan X., Boniface C, Liénart T. Development Status of the PPS®5000 Hall Thruster Unit // The 35th International Electric Propulsion Conference IEPC- 2017 (Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia, USA, 08-12 October 2017).

17. Hall S.J., Jorns B.A., Gallimore A.D., Kamhawi H., Haag T.W., Mackey J. A., Gilland J.H., Peterson P.Y., Baird M.J. High-power performance of a 100-kW class nested Hall thruster // The 35th International Electric Propulsion Conference, IEPC-2017 (Georgia Institute of Technology, Atlanta, Georgia, USA, 08-12 October 2017), 48 p.

18. Достанко А.П., Голосов Д.А. Разрядные и эмиссионные характеристики плазменного источника электронов на основе разряда в скрещенных E x H полях с различным материалом катода // Журнал технической физики. 2009. Т. 79. № 10. С. 53-58.

19. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. - М.: Наука, 1992. - 536 с.

20. Depla D., Mahieu S., De Gryse R. Magnetron sputter deposition: Linking discharge voltage with target properties // Thin Solid Films. 2009. Vol. 517. No. 9, pp. 2825-2839. DOI: 10.1016/j.tsf.2008.11.108

Скачать статью