Войти
Подруливающее устройство MPD во время испытательных стрельб Magnetoplasmadynamic (МПД) подруливающее устройство ( MPDT ) является формой электрического ракетного двигателя, который использует силу Лоренца (силу на заряженную частице с помощью электромагнитного поля) для генерации тяги. Его иногда называют ускорителем силы Лоренца (LFA) или (в основном в Японии) дуговым двигателем MPD.
Обычно газообразный материал ионизируется и подается в камеру ускорения, где магнитное и электрическое поля создаются с помощью источника энергии. Затем частицы перемещаются под действием силы Лоренца, возникающей в результате взаимодействия между током, протекающим через плазму, и магнитным полем (которое либо приложено извне, либо индуцируется током) через выхлопную камеру. В отличие от химической двигательной установки, здесь нет сжигания топлива. Как и в случае с другими вариантами электродвигателя, удельный импульс и тяга увеличиваются с потребляемой мощностью, а тяга на ватт падает.
Существует два основных типа подруливающих устройств MPD: прикладное поле и собственное поле. Двигатели с приложенным полем имеют магнитные кольца, окружающие выхлопную камеру, для создания магнитного поля, в то время как двигатели с собственным полем имеют катод, проходящий через середину камеры. Прикладываемые поля необходимы на более низких уровнях мощности, где конфигурации собственного поля слишком слабы. Используются различные пропелленты, такие как ксенон, неон, аргон, водород, гидразин и литий, причем литий, как правило, является лучшим исполнителем.
По словам Эдгара Чуэйри, магнитоплазмодинамические двигатели имеют входную мощность 100–500 киловатт, скорость истечения 15–60 километров в секунду, тягу 2,5–25 ньютонов и эффективность 40–60 процентов. Однако дополнительные исследования показали, что скорость выхлопа может превышать 100 километров в секунду.
Одно из возможных применений магнитоплазмодинамических двигателей - это главный двигательный двигатель для тяжелых грузов и пилотируемых космических аппаратов (например, двигатель для полета человека на Марс ).
Теоретически подруливающие устройства MPD могут производить чрезвычайно высокие удельные импульсы (I sp ) со скоростью истечения до и выше 110 000 м / с, что в три раза больше, чем у современных ионных двигателей на основе ксенона, и примерно в 25 раз лучше, чем у жидкостных ракет. Технология MPD также имеет потенциал для уровней тяги до 200 ньютонов (Н) ( 45 фунтов F ), что на сегодняшний день является самым высоким для любой формы электрической тяги и почти таким же высоким, как у многих межпланетных химических ракет. Это позволит использовать электрическую тягу в миссиях, которые требуют быстрых маневров треугольника (таких как захват на орбиту вокруг другой планеты), но с во много раз большей топливной экономичностью.
Визуализация CGI самополевого двигателя MPD Принстонского университета с питанием от лития (из журнала Popular Mechanics) Технология подруливающего устройства MPD была изучена академически, но коммерческий интерес был низким из-за нескольких остающихся проблем. Одна из больших проблем заключается в том, что для оптимальной производительности требуется потребляемая мощность порядка сотен киловатт. Существующие энергосистемы межпланетных космических кораблей (такие как радиоизотопные термоэлектрические генераторы и солнечные батареи) неспособны производить такую большую мощность. Ожидалось, что реактор НАСА « Прометей» будет вырабатывать мощность в сотни киловатт, но в 2005 году его производство было прекращено.
Проект для создания космического собирается ядерный реактор, предназначенный для генерации 600 киловатт электроэнергии началось в 1963 году и побежал на протяжении большей части 1960 - х годов в СССР. Это должно было привести в действие спутник связи, который в конце концов не получил одобрения. Ядерные реакторы, вырабатывающие киловатт электроэнергии (порядка десяти раз больше, чем нынешние источники питания РИТЭГов), были выведены на орбиту СССР: РОРСАТ ; и ТОПАЗ.
Планы по разработке мегаваттного ядерного реактора для использования на борту пилотируемого космического корабля были объявлены в 2009 году Российским ядерным Курчатовским институтом и национальным космическим агентством Роскосмос и подтверждены президентом России Дмитрием Медведевым в его послании Федеральному собранию в ноябре 2009 года.
Другой план, предложенный Брэдли С. Эдвардсом, заключается в передаче энергии с земли. Этот план предусматривает использование 5 200-киловаттных лазеров на свободных электронах с диаметром 0,84 микрометра с адаптивной оптикой на земле для передачи энергии на космический корабль с приводом от MPD, где он преобразуется в электричество с помощью фотоэлектрических панелей на основе GaAs. Настройка длины волны лазера 0,840 мкм ( 1,48 эВ на один фотон) и PV панели зонной из 1,43 эВ по отношению друг к другу дает расчетную эффективность преобразования 59% и прогнозируемую плотность мощности до 540 кВт / м 2. Этого было бы достаточно для питания верхней ступени MPD, возможно, для подъема спутников с LEO на GEO.
Еще одна проблема с технологией MPD - это деградация катодов из-за испарения из-за высоких плотностей тока (превышающих 100 А / см 2). Использование смесей метательного топлива лития и бария и многоканальных полых катодов было показано в лаборатории как многообещающее решение проблемы катодной эрозии.
Исследования двигателей MPD проводились в США, бывшем Советском Союзе, Японии, Германии и Италии. Экспериментальные прототипы впервые были запущены на советских космических кораблях и совсем недавно, в 1996 году, на японском космическом летном аппарате, который продемонстрировал успешную работу квазистационарного импульсного двигателя MPD в космосе. Исследования в Московский авиационный институт, РКК Энергия, Национальный аэрокосмический университет, Харьковский авиационный институт, Институт космических систем в университете Штутгарта, ISAS, Centrospazio, Alta SpA, Университет Осаки, Университет Южной Калифорнии, Princeton University «s Electric Propulsion и Плазмы Dynamics Lab (EPPDyL) (где исследования двигателей MPD непрерывно продолжаются с 1967 года) и центры NASA ( Лаборатория реактивного движения и Исследовательский центр Гленна ) решили многие проблемы, связанные с производительностью, стабильностью и сроком службы двигателей MPD.
Двигатель MPD был испытан на борту японского космического летательного аппарата в рамках EPEX (Electric Propulsion EXperiment), который был запущен 18 марта 1995 года и извлечен космическим челноком STS-72 20 января 1996 года. На сегодняшний день это единственный действующий двигатель. Двигатель MPD будет летать в космос в качестве двигательной установки. Впервые опытные образцы были запущены на советских космических кораблях.
Применяемого поле MPD подруливающие в развитии в Институте космических систем в Университете Штутгарта достиг эффективности ракетного двигателя 61,99% в 2019 году, что соответствует удельному импульсу от I SP = 4665 сек и 2,75 N тяги.
