Исследование холодного полого магнетронного катода для электроракетного двигателя

Авиационная и ракетно-космическая техника

2022. Т. 29. № 1. С. 109-117.

DOI: 10.34759/vst-2022-1-109-117

Авторы

Подгуйко Н. А.*, Марахтанов М. К., Семенкин А. В., 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 холодный полый магнетронный катод для электроракетного двигателя. Обсуждается возможность использования холодного полого магнетронного катода в качестве катода-компенсатора электроракетного двигателя на альтернативных топливах, таких как иод и воздух. Представлено экспериментальное исследование конструкции холодного полого магнетронного катода для электроракетного двигателя. Были исследованы факторы, влияющие на энергетическую эффективность магнетронного катода: расход рабочего газа, величина магнитного поля в полом катоде, комбинация катодного материала и рабочего газа. Показано, что рабочие характеристики устройства существенно зависят от материала катода и типа рабочего газа. Для демонстрации возможности прикладного использования катода в качестве катода-компенсатора для электроракетных двигателей были получены рабочие характеристики устройства при работе на газах ксеноне и воздухе.

Ключевые слова:

холодный полый магнетронный катод для электроракетного двигателя, катод-компенсатор электроракетного двигателя, магнетронный разряд, энергетическая эффективность катода электроракетного двигателя, йод как рабочее вещество электроракетного двигателя, воздух как рабочее вещество электроракетного двигателя

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. Han M., Wang Y. Engineering Optimization Method of Orbit Transfer Strategy for All-electric Propulsion Satellites // Journal of Physics: Conference Series, 2nd International Conference on Mechatronics Technology and Intelligent Manufacturing – ICMTIM 2021 (13-15 August 2021, Hangzhou, China). Vol. 2029. DOI: 10.1088/1742-6596/2029/1/012011

  3. Nishi K., Ozawa S., Matunaga S. Design and Guidance for Robust Orbit Raising Trajectory of All-Electric Propulsion Geostationary Satellites //Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences, Aerospace Technology Japan. 2021. Vol. 19. No. 4, pp. 553-561. DOI: 10.2322/tastj.19.553

  4. Goebel D.M., Katz I. Fundamentals of Electric Propulsion: Ion and Hall Thrusters. – John Wiley & Sons, 2008. Vol. 1. – 493 p.

  5. Turan N., Korkmaz O., Celik M. Investigation of the effect of hollow cathode neutralizer location on hall effect thruster efficiency // 7th International Conference on Recent Advances in Space Technologies – RAST (16-19 June 2015; Istanbul, Turkey), pp. 599-604. DOI: 10.1109/RAST.2015.7208414

  6. Каташова М.И., Парахин Г.А., Румянцев А.В. Создание эффективного катода-компенсатора для микроСПД // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Серия: Физико-математические и технические науки. 2014. № 4. С. 29-32.

  7. Криволапова О. Ю., Лалетина Е.А., Твердохлебова Е.М. Методика использования бортовой служебной и научной аппаратуры при проведении космического эксперимента «Плазма-МКС» для исследования электрофизических параметров околообъектовой среды МКС // Космическая техника и технологии. 2016. № 1(12). С. 79-89.

  8. Ning Z., Liu C., Zhu X.-M., Wang Y., An B., Yu D. Diagnostic and modelling investigation on the ion acceleration and plasma throttling effects in a dual-emitter hollow cathode micro-thruster // Chinese Journal of Aeronautics. 2021. Vol. 34. No. 12, pp. 85-98. DOI: 10.1016/j.cja.2021.02.007

  9. Rafalskyi D., Martínez J.M., Habl L. et al. In-orbit demonstration of an iodine electric propulsion system // Nature. 2021. Vol. 599, pp. 411-415. DOI: 10.1038/s41586-021-04015-y

  10. Bellomo N., Magarotto M., Manente M. et al. Design and In-orbit Demonstration of REGULUS, an Iodine electric propulsion system // CEAS Space Journal. 2021. DOI: 10.1007/s12567-021-00374-4

  11. Островский В.Г., Смоленцев А.А., Щербина П.А. Иод 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.

  12. Соколов Б.А., Щербина П.А., Сишко И.Б. и др. Экспериментальные исследования стационарного плазменного двигателя на иоде // Космическая техника и технологии. 2019. № 2(25). С. 81-90. DOI: 10.33950/spacetech-2308-7625-2019-2-81-90

  13. Schwertheim A., Knoll A. Experimental investigation of a water electrolysis Hall effect thruster //Acta Astronautica. 2021. DOI: 10.1016/j.actaastro.2021.11.002

  14. Taploo A., Lin L., Keidar M. Analysis of ionization in air-breathing plasma thruster // Physics of Plasmas. 2021. Vol. 28. No. 9, pp. 093505. DOI: 10.1063/5.0059896

  15. 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. МГТУ им. НЭ Баумана. 2016. № 12. С. 57-71. DOI: 10.7463/1216.0852758

  16. Духопельников Д.В., Рязанов В.А., Шилов С.О. Сравнение характеристик модели двигателя с анодным слоем при работе на ксеноне, аргоне и азоте // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2018. № 7(700). С. 69-76. DOI: 10.18698/0536-1044-2018-7-69-76

  17. Клименко Г.К., Коновалова А.И., Ляпин А.А. Исследование возможности создания безрасходного катода-компенсатора электроракетного двигателя // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2018. № 2. С. 93-97.

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

  19. Достанко А.П., Голосов Д.А. Нейтрализация ионного пучка торцевого холловского ускорителя плазменным источником электронов на основе разряда в скрещенных E x H полях // Журнал технической физики. 2009. Т. 79. № 10. С. 59-64.

  20. Окс Е.М. Источники электронов с плазменным катодом: физика, техника, применения: Монография. – Томск: Изд-во научно-технической литературы, 2005. – 212 c.

  21. Подгуйко Н.А., Марахтанов М.К., Хохлов Ю.А. Перспективы применения магнетронного разряда в качестве эмиттера электронов в катоде-компенсаторе для электроракетных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 167-177.

  22. 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

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024