Elektriline rakettmootor. Mis on reaktiivvõimsus ja kuidas sellega toime tulla Elektromagnetilise rakettmootori tööpõhimõte

Elektriline rakettmootor on rakettmootor, mille tööpõhimõte põhineb kosmoselaeva pardal asuvast elektrijaamast saadava elektrienergia kasutamisel tõukejõu tekitamiseks. Peamine rakendusvaldkond on väike trajektoori korrigeerimine, samuti kosmoselaevade ruumi orientatsioon. Elektrirakettmootorist, töövedeliku etteande- ja hoiusüsteemist, automaatjuhtimissüsteemist ja toitesüsteemist koosnevat kompleksi nimetatakse elektriraketi tõukejõusüsteemiks.

K. E. Tsiolkovski töödest leiab mainimist võimalusest kasutada rakettmootorites elektrienergiat tõukejõu tekitamiseks. Aastatel 1916-1917 Esimesed katsed viis läbi R. Goddard ja juba 30. a. XX sajand V.P. Glushko juhtimisel loodi üks esimesi elektrilisi rakettmootoreid.

Võrreldes teiste rakettmootoritega võimaldavad elektrilised pikendada kosmoseaparaadi eluiga ja samal ajal väheneb oluliselt jõuseadme kaal, mis võimaldab suurendada kandevõimet ja saada võimalikult täismassi ja suuruse omadused. Elektriliste rakettmootorite abil on võimalik lühendada lennu kestust kaugetele planeetidele ning teha võimalikuks ka lend mis tahes planeedile.

60ndate keskel. XX sajand Elektrilisi rakettmootoreid katsetati aktiivselt NSV Liidus ja USA-s ning juba 1970. aastatel. neid kasutati standardsete tõukejõusüsteemidena.

Venemaal põhineb klassifitseerimine osakeste kiirenduse mehhanismil. Eristada saab järgmisi mootoritüüpe: elektrotermilised (elektriküte, elektrikaar), elektrostaatilised (ioonsed, sh kolloidsed, statsionaarsed plasmamootorid kiirendusega anoodikihis), ülitäpsed (elektromagnetilised, magnetodünaamilised) ja impulssmootorid.

Töövedelikuna võib kasutada mis tahes vedelikke ja gaase, aga ka nende segusid. Iga elektrimootori tüübi puhul on parima tulemuse saavutamiseks vaja kasutada sobivaid töövedelikke. Elektrotermiliste mootorite puhul kasutatakse traditsiooniliselt ammoniaaki, elektrostaatiliste mootorite puhul ksenooni, suure vooluga mootorite puhul liitiumit ja impulssmootorite puhul on efektiivseim töövedelik fluoroplast.

Üks peamisi kadude allikaid on ioniseerimiseks kulutatud energia kiirendatud massiühiku kohta. Elektriliste rakettmootorite eeliseks on töövedeliku väike massivool, aga ka osakeste kiirendatud voolu suur kiirus. Väljavoolukiiruse ülempiir jääb teoreetiliselt valguse kiiruse piiresse.

Praegu on erinevat tüüpi mootorite puhul väljalaskekiirus vahemikus 16–60 km/s, kuigi paljutõotavad mudelid suudavad anda osakeste voolu heitgaasikiiruseks kuni 200 km/s.
Puuduseks on väga madal tõukejõu tihedus, samuti tuleb arvestada, et välisrõhk ei tohiks ületada rõhku kiirenduskanalis. Kosmoselaevadel kasutatavate kaasaegsete elektriliste rakettmootorite elektrivõimsus jääb vahemikku 800–2000 W, kuigi teoreetiline võimsus võib ulatuda megavatini. Elektriliste rakettmootorite kasutegur on madal ja varieerub 30-60%.

Seda tüüpi mootorid täidavad järgmisel kümnendil peamiselt ülesandeid nii geostatsionaarsel kui ka madalal orbiidil paiknevate kosmoselaevade orbiidi korrigeerimiseks, aga ka kosmoselaevade toimetamiseks madala maa võrdlusorbiidilt kõrgematele, näiteks geostatsionaarsele orbiidile. .

Orbiidikorrektorina töötava vedela rakettmootori asendamine elektrilisega vähendab tüüpilise satelliidi massi 15% ja kui selle aktiivse orbiidil viibimise perioodi pikendatakse, siis 40%.

ELEKTRIRAKETI MOOTORID(elektrimootorid, elektrilised tõukemootorid) - kosmos. reaktiivmootorid, milles reaktiivvoolu suunaline liikumine tekib elektri toimel. energiat. Elektriline tõukejõusüsteem (EPS) sisaldab elektrilist tõukejõusüsteemi ennast, süsteemi tööaine tarnimiseks ja säilitamiseks ning süsteemi, mis muundab elektrienergiat. elektrijõuallika parameetrid elektrilise tõukejõumootori nimiväärtustele ja juhivad elektrimootori tööd. Elektrimootorid on madala tõukejõuga mootorid, mis töötavad pikka aega. aeg (aastad) kosmoselaeva pardal. õhusõidukid (SC) kaaluta oleku või väga väikese raskusjõu tingimustes. väljad. Elektrilise tõukejõu abil saab kosmoselaeva lennutrajektoori ja kosmoses orientatsiooni parameetreid suure täpsusega hoida või etteantud vahemikus muuta. El-magniga. või el-staatiline. kiirenduse ajal on reaktiivvoolu heitgaasi kiirus elektrilises tõukejõus oluliselt suurem kui vedel- või tahkekütusel töötavatel rakettmootoritel; see suurendab kosmoselaeva kasulikku koormust. Elektrilised tõukejõumootorid vajavad aga elektriallikat, tavalistes rakettmootorites on energiakandjaks aga kütusekomponendid (kütus ja oksüdeerija). ERD perekonda kuulub plasmamootorid(PD), el-chem. mootorid (ECM) ja ioonmootorid (ID).

Elektrokeemilised mootorid. ECD-s kasutatakse elektrit kütteks ja keemiatööstuseks. tööaine lagunemine. EHD mootorid jagunevad elektrikütte (END), termokatalüütiliseks (TCD) ja hübriidmootoriteks (HD). LÕPUKS soojendatakse töötavat ainet (vesinik, ammoniaak) elektrisoojendiga ja seejärel voolab see ülehelikiirusel läbi düüsi (joonis 1). TCD-s kuumutatakse elektriga (temperatuurini ~500 o C) katalüsaatorit, mis lagundab keemiliselt tööaine (ammoniaak, hüdrasiin); seejärel voolavad laguproduktid läbi düüsi välja. Gaasiturbiinis toimub esmalt tööaine lagunemine, seejärel lagunemissaadused kuumutatakse ja voolavad välja. ECD disain ja kasutatud struktuurid. materjalid on ette nähtud lülitamiseks kosmoseaparaadi pardal 7–10 aastaks, stardide arvuga kuni 10 5, pideva töö kestusega ~ 10–100 tundi ja tõukejõu omaduste kõrvalekaldumisega nimiväärtusest mitte rohkem kui 5-10%. Elektrienergia tarbimise tase võimsus - kümneid W, tõukejõu ulatus - 0,01 -10 N. ECM-idel on elektrimootorite jaoks väga madal energia. tõukejõu hind ~3 kW/N, suur joa kiirus (3 km/s) tööaine ja selle laguproduktide väikese molekulmassi tõttu. Sidesatelliidil Intel-sat-5 töötas edukalt hüdrasiingaasimootor tõukejõuga 0,44 H; 0,15 N tõukejõuga ammoniaagiots on osa Meteori seeria satelliitide standardsest elektrilisest tõukejõusüsteemist, mis korrigeerib satelliidi orbiiti ja orientatsiooni.

Riis. 1. Elektriküttemootori ahel: 1 - poorne elektriline kütteseade; 2-soojuskilp; 3 - korpus; 4- otsik.

Ioonmootorid. Panen selle ID-sse. tööaine ioonid kiirendatakse elektristaatiliseks. valdkonnas. ID (joonis 2) koosneb ioonemitterist 4, kiirenduselektroodist 5, millel on augud (pilud), millest läbivad kiirendatud ioonid, ja välisest elektroodist. elektrood 6 (ekraan), mille rollis kasutatakse tavaliselt ID-korpust. Kiirenduselektrood on negatiivses asendis. potentsiaal (~10 3 -10 4 V) emitteri suhtes. Elektriline vool ja ruumid. elektriline Jugavool peab olema null, seega neutraliseeritakse tekkiv ioonkiir elektronidega, mida kiirgab neutralisaator 7. Välis. elektrood on emitteri suhtes negatiivse ja kiirenduselektroodi suhtes positiivse potentsiaaliga; positiivne Potentsiaalinihe valitakse nii, et neutralisaatorist pärinevad suhteliselt madala energiaga elektronid blokeeritakse elektriliselt. välja ja ei langenud kiirguri ja kiirenduselektroodi vahelisse kiirenduspilusse. Kiirendatud ioonide energia määrab emitteri ja välise potentsiaalide erinevus. elektrood. Kättesaadavus on positiivne. ruumid. laeng kiirenduspilus piirab emitteri ioonivoolu. Põhiline ID parameetrid: väljalaskekiirus, veojõu efektiivsus, energia. tõukejõu hind (W/N), energia. iooni hind (eV/ioon) - iooni moodustamiseks kulutatud energia hulk. Tööaine aste ID-s peaks olema võimalikult kõrge (>0,90,95).

Riis. 2. Mahulise ionisatsiooniga ioonmootori skeem G. Kaufmani kavandid: 1 - gaaslahenduskambri katoodry; 2- anood; 3 - magnetmähis; 4-kiirgav elektrood; 5 - kiirenduselektrood; 6 - väline elektrood; 7 - neutraliseerija.

Sõltuvalt emitteri tüübist jagatakse ID-d pinnaionisatsioonimootoriteks (SSI), kolloidmootoriteks (CD) ja mahuionisatsioonimootoriteks (VID). IDPI-s toimub ionisatsioon, kui tööaine aurud juhitakse läbi poorse emitteri; tööaine peab olema väiksem kui emitteri materjali tööfunktsioon. Tavaliselt valitakse tseesiumi (tööaine) paar - volfram (emitter). Emitter kuumutatakse temperatuurini 1500 o K, et vältida tööaine kondenseerumist. CD-s (olemas on ainult laboriprototüübid) pihustatakse tööaine (20% kaaliumjodiidi lahus glütseroolis) läbi kapillaaride positiivselt laetud mikrotilkade kujul kiirendusvahesse; elektriline mikrotilkade laeng tekib kapillaaridest ojade eraldamisel tugevas elektrivoolus. välja ja nende edasine lagunemine piiskadeks. IDP ioonide allikaks on gaaslahenduskamber (GDC), milles töötava aine aatomid (metalliaurud, inertgaasid) ioniseeritakse elektronide mõjul madalrõhuga gaaslahenduses [lahendus elektroodide 1 ja 2 vahel ( joonis 2) või elektroodideta mikrolainelahendus ]; ioonid GRK-st tõmmatakse läbi GRK kiirgava elektroodi-seina aukude kiirenduspilusse, mis koos kiirendava elektroodiga moodustavad ioon-optilise. süsteem (IOS) ioonide kiirendamiseks ja fokuseerimiseks. GRK seinad, välja arvatud kiirgav elektrood, on plasmast magnetiliselt isoleeritud. IDOI – max. arendatud koos inseneritööga ja füüsiline ID-de seisukohalt on nende tõmbeefektiivsus ~70%, maapealsetes katsetes kinnitatud tööiga pikeneb 2 10 4 tunnini ID-de tööiga piirab kiirenduselektroodi erosioon, mis on tingitud selle katoodist pihustamisest sekundaarsed ioonid, mis tekivad kiirelt kiirendatud ioonide taaslaadimisel aeglaste neutraalsete aatomite tööainel. Energia tõukejõu ja ioonide hinnad ID-s (välja arvatud CD) on väga olulised (2·10 4 W/H, 250 eV/ioon). Sel põhjusel ei kasutata tõukejõude veel kosmoses töötavate elektrimootoritena (ECD, PD), kuigi neid on kosmoselaevade pardal korduvalt katsetatud. Naib. oluline test SERT-2 programmi raames (1970, USA); Elektriline tõukejõusüsteem sisaldas kahte G. Kaufmani projekteeritud IDP-d (töövedelik - elavhõbe, voolutarve 860 W, kasutegur 68%, tõukejõud 0,03 H), mis töötasid katkematult tõrgeteta vastavalt 3800 tundi ja 2011 tundi ning jätkasid tööd pärast pikk periood. murda.

PD-d vastavalt suletud elektronide triiviga ja laiendatud kiirendustsooniga plasmakiirendite skeemile kasutatakse kosmoselaevadel süstemaatiliselt, eriti geostatsionaarsetel sidesatelliitidel.

Lit.: Gilzin K. A., Elektrilised planeetidevahelised laevad, 2. väljaanne, M., 1970; Morozov A.I., Shubin A.P., Kosmose elektrilised tõukemootorid, M., 1975; Grishin S. D., Leskov L. V., Kozlov N. P., Elektrilised rakettmootorid, M., 1975.

"Teaduse maailmas" nr 5 2009 lk 34-42

PÕHIPUNKTID
*
Tavalistes rakettmootorites tekib tõukejõud keemilise kütuse põletamisel. Elektroreaktiivsetes tekib see laetud osakeste või plasma pilve kiirendamisel elektri- või magnetvälja toimel.
*
Hoolimata asjaolust, et elektrilisi rakettmootoreid iseloomustab palju väiksem tõukejõud, võimaldavad need sama kütusemassiga kosmoselaeva lõpuks palju suurema kiiruseni kiirendada.
*
Suurte kiiruste saavutamise võime ja tööaine ("kütuse") kasutamise kõrge efektiivsus muudavad elektrilised reaktiivmootorid paljutõotavaks pikamaa kosmoselendudeks.

Üksildane kosmosepimeduses, sond Koit(Koit) NASA tormab Marsi orbiidist kaugemale asteroidivöö suunas. Ta peab koguma uut teavet Päikesesüsteemi tekke algfaaside kohta: uurima asteroide Vesta ja Ceres, mis on embrüonaalsete planeetide suurimad jäänused, mille kokkupõrke ja vastastikmõju tulemusena on umbes. 4,5-4,7 miljardeid aastaid tagasi tekkisid tänapäeva planeedid.
Kuid see lend on tähelepanuväärne mitte ainult oma eesmärgi poolest. 2007. aasta oktoobris käiku lastud Dawn on varustatud plasmamootoriga, mis suudab kauglende reaalsuseks muuta. Tänapäeval on selliseid mootoreid mitut tüüpi. Tõukejõud neis tekib laetud osakeste ioniseerimise ja kiirendamise kaudu elektrivälja toimel, mitte vedela või tahke keemilise kütuse põletamisel, nagu tavalistes.
NASA Jet Propulsion Laboratory sondi Dawn loojad valisid plasmamootori, kuna see vajaks asteroidivööle jõudmiseks kümme korda vähem töövedelikku kui keemilise kütusega mootor. Traditsiooniline rakettmootor oleks võimaldanud Dawni sondil jõuda kas Vesta või Cereseni, kuid mitte mõlemani.
Elektrilised rakettmootorid koguvad kiiresti populaarsust. Hiljutine kosmosesondi lend Süvakosmos 1 NASA lähenemine komeedile sai võimalikuks tänu elektrilise tõukejõu kasutamisele. Plasmamootorid andsid ka Jaapani sondi maandumiseks vajaliku tõukejõu. Hayabusa asteroidile ja kosmoselaeva lennuks SMART-1 Euroopa Kosmoseagentuur Kuule. Näidatud eeliseid silmas pidades valivad arendajad Ameerika Ühendriikides, Euroopas ja Jaapanis need mootorid tulevasteks missioonideks, et uurida Päikesesüsteemi ja otsida kauglende kavandades sellest kaugemal Maa-sarnaseid planeete. Plasmamootorid võimaldavad muuta ka ruumi vaakumi fundamentaalsete füüsikaliste uuringute laboriks.

Pikkade lendude ajastu läheneb

Võimalust kasutada elektrit kosmoselaevade mootorite loomiseks kaaluti juba 20. sajandi esimesel kümnendil. 1950. aastate keskel. Ernst Stuhlinger, Wernher von Brauni legendaarse Saksa raketimeeskonna liige, kes juhtis USA kosmoseprogrammi. liikus teooriast praktikasse. Mõni aasta hiljem lõid NASA Glenni uurimiskeskuse (tol ajal nimega Lewise Research Center) insenerid esimese toimiva plasmamootori. 1964. aastal varustati selline mootor, mida kasutati orbiidi korrigeerimiseks enne atmosfääri tihedatesse kihtidesse sisenemist, seadmega, mis tegi kosmoseelektriliste raketikatsetuste programmi raames suborbitaalse lennu.
Plasma elektriliste tõukemootorite kontseptsioon töötati välja iseseisvalt NSV Liidus. Alates 1970. aastate keskpaigast. Nõukogude insenerid kasutasid selliseid mootoreid orientatsiooni tagamiseks ja geostatsionaarse orbiidi stabiliseerimiseks, kuna need tarbivad väikeses koguses tööainet.

Rakettide tegelikkus

Plasmamootorite eelised on eriti muljetavaldavad võrreldes tavaliste rakettmootorite puudustega. Kui inimesed kujutavad ette kosmoselaeva, mis tormab läbi musta tühjuse kauge planeedi poole, ilmub nende vaimusilma ette pikk leegisammas mootori otsikust. Tegelikkuses näeb kõik välja hoopis teisiti: peaaegu kogu kütus kulub ära juba lennu esimestel minutitel, nii et seejärel liigub laev inertsi abil oma eesmärgi poole. Keemilise kütuse rakettmootorid tõstavad kosmoseaparaate Maa pinnalt ja võimaldavad lennu ajal trajektoori reguleerida. Kuid need ei sobi süvakosmoseuuringuteks, kuna nõuavad nii suurel hulgal kütust, et seda pole võimalik praktilisel ja majanduslikult vastuvõetaval viisil Maalt orbiidile tõsta.
Pikkadel lendudel, et saavutada etteantud trajektoorile jõudmise kiirus ja täpsus ilma täiendava kütusekuluta, pidid sondid oma teelt kõrvale kalduma planeetide või nende satelliitide suunas, mis olid võimelised gravitatsioonijõudude toimel soovitud suunas kiirendama. (gravitatsiooniline kada efekt ehk manööver gravitatsioonijõudude kasutamisega). See tiirutav marsruut piirab startimisvõimalusi üsna lühikeste ajavahemikega, et tagada gravitatsioonikiirendina töötava taevakeha täpne läbimine.
Pikaajaliste uuringute läbiviimiseks peab kosmoseaparaat suutma kohandada oma trajektoori, siseneda objekti ümber orbiidile ja seeläbi tagada tingimused antud ülesande täitmiseks. Kui manööver ebaõnnestub, jääb vaatlusteks kasutatav aeg väga lühikeseks. Seega on NASA 2006. aastal teele saadetud kosmosesond New Horizons, mis läheneb Pluutole üheksa aastat hiljem, seda jälgida väga lühikese aja jooksul, mis ei ületa ühte Maa päeva.

Raketi liikumisvõrrand

Miks pole veel leitud võimalust piisavalt kütust kosmosesse saata? Mis takistab selle probleemi lahendamist?
Proovime selle välja mõelda. Selgitamiseks kasutame raketi liikumise põhivõrrandit - Tsiolkovski valemit, mida eksperdid kasutavad antud ülesande täitmiseks vajaliku kütuse massi arvutamisel. Selle töötas välja 1903. aastal vene teadlane K.E. Tsiolkovski, üks raketi- ja astronautika isasid.

KEEMILISED
JA
ELEKTRIRAKETTID

Keemilised ja elektrilised tõukejõusüsteemid sobivad erinevat tüüpi rakenduste jaoks. Keemilised (vasakul) tekitavad kiiresti suure tõukejõu ja võimaldavad seetõttu kiiresti kiirendada suurele kiirusele, kuid tarbivad väga palju kütust. Need omadused sobivad lühimaalendudeks.

Elektrilised rakettmootorid (paremal), milles töövedelikuks (kütuseks) on plasma, s.o. ioniseeritud gaas, arendavad palju vähem tõukejõudu, kuid tarbivad võrreldamatult vähem kütust, mis võimaldab neil palju kauem töötada. Ja kosmosekeskkonnas võimaldab liikumistakistuse puudumisel pikka aega mõjuv väike jõud saavutada samasuguseid ja veelgi suuremaid kiirusi. Need omadused muudavad plasmaraketid sobivaks pikamaalendudeks mitmesse sihtkohta

Tegelikult kirjeldab see valem matemaatiliselt intuitiivselt realiseeritud tõsiasja, et mida suurem on raketi põlemisproduktide ammendumine, seda vähem on antud manöövri sooritamiseks vaja kütust. Kujutage ette pesapallikanni (raketimootorit), mis seisab koos pallide korviga (kütusega) rulal (kosmoselaeval). Mida suurem on kiirus, millega ta palle tagasi viskab (põlemisgaaside kiirus), seda kiiremini rula veereb pärast viimase palli viskamist või samaväärselt, seda vähem palle (kütust) on tal vaja kiiruse suurendamiseks. rula etteantud summa võrra. Teadlased tähistavad seda kiiruse kasvu sümboliga dV (loe delta-ve).
Täpsemalt: valem seob kütuse massi, mida rakett vajab konkreetse missiooni sooritamiseks süvakosmoses kahe võtmesuurusega: raketi düüsist välja voolavate põlemisproduktide kiirus ja väärtus. dV saavutatav etteantud koguse kütuse põletamisel. Tähendus dV vastab energiale, mida kosmoselaev peab kulutama oma inertsiaalse liikumise muutmiseks ja vajaliku manöövri sooritamiseks. Antud raketitehnoloogia puhul (andes antud väljalaskekiiruse) võimaldab raketi liikumise võrrand arvutada vajaliku väärtuse saavutamiseks vajaliku kütuse massi dV , st. vajaliku manöövri sooritamiseks. Seega. dV Seda võib pidada ülesande "kuluks", kuna kütuse lennutrajektoorile viimise kulud moodustavad tavaliselt suurema osa kogu ülesande täitmise kuludest.
Tavalistes keemilist kütust kasutavates rakettides on põlemisproduktide ammendumise kiirus madal ( 3-4 km/s). Ainuüksi see asjaolu seab kahtluse alla nende kasutamise otstarbekuse pikamaalendudel. Lisaks näitab raketi liikumisvõrrandi vorm, et suurenedes dV kütuse osakaal kosmoselaeva algmassis (“kütuse massifraktsioon”) kasvab plahvatuslikult. Järelikult suurt tähtsust nõudvate pikamaalendude aparaadis dV kütus moodustab peaaegu kogu algmassi.
Vaatame mõnda näidet. Madalalt Maa orbiidilt Marsile lennu puhul nõutav väärtus dV umbes 4,5 km/s Raketi liikumise võrrandist järeldub, et sellise planeetidevahelise lennu sooritamiseks vajalik kütuse massiosa on suurem kui 2/3 . Lendudeks Päikesesüsteemi kaugematesse piirkondadesse, näiteks välistele planeetidele, on see vajalik dV alates 35 enne 70 km/s Tavaraketi kütuse osa tuleb eraldada 99,98 % algmassist. Sel juhul ei jää ruumi varustusele ega muule kasulikule koormale. Kuna kosmoselaevade sihtkohad muutuvad päikesesüsteemi üha kaugemateks piirkondadeks, muutuvad keemilise kütusega mootorid üha mõttetumaks. Võib-olla leiavad insenerid võimaluse põlemisproduktide voolukiirust oluliselt suurendada. Kuid see on väga raske ülesanne. Vajalik on väga kõrge põlemistemperatuur, mida piirab nii keemilise reaktsiooni käigus vabanev energia hulk kui ka raketimootori seina materjali kuumakindlus.

Plasma lahus

Plasmamootorid võimaldavad palju suuremat väljalaskekiirust. Tõukejõud luuakse plasma – osaliselt või täielikult ioniseeritud gaasi – kiirendamisel kiiruseni, mis ületab oluliselt tavaliste gaasidünaamiliste mootorite piirmäära. Plasma luuakse gaasile energia andmisel, näiteks kiiritades seda laseriga, mikro- või raadiosageduslainetega või kasutades tugevaid elektrivälju. Üleliigne energia eraldab aatomitelt või molekulidelt elektronid, mis selle tulemusena omandavad positiivse laengu ning eraldunud elektronid saavad gaasis vabalt liikuda, muutes ioniseeritud gaasi palju paremaks voolujuhiks kui metalliline vask. Kuna plasma sisaldab laetud osakesi, mille liikumise määravad suures osas elektri- ja magnetväljad, võib kokkupuude elektri- või elektromagnetväljadega kiirendada selle komponente ja paisata need välja tööainena, et tekitada tõukejõudu. Vajalikke välju saab luua elektroodide ja magnetite, väliste antennide või juhtmepoolide abil või voolu läbi plasma juhtimisel.
Plasma loomiseks ja kiirendamiseks vajalik energia saadakse tavaliselt päikesepaneelidest. Kuid kosmoselaevade jaoks, mis suunduvad Marsi orbiidist kaugemale, on vaja tuumaenergiaallikaid, sest Päikesest eemaldudes päikeseenergia voo intensiivsus väheneb. Tänapäeval kasutavad robot-kosmosesondid termoelektrilisi seadmeid, mida soojendab radioaktiivsete isotoopide lagunemisel tekkiv energia, kuid pikemateks missioonideks on vaja tuuma- või isegi termotuumasünteesi reaktoreid. Need lülitatakse sisse alles pärast seda, kui kosmoselaev suunatakse stabiilsele orbiidile, mis asub Maast ohutus kauguses; enne töö alustamist tuleb tuumakütus hoida inertses olekus.
Praktilise rakenduse tasemele on välja töötatud kolme tüüpi elektrilisi rakettmootoreid. Kõige laialdasemalt kasutatav on ioonmootor, mis oli varustatud Downi sondiga.

Ioonmootor

Ioonjõu idee, mis on üks edukamaid elektrilise tõukejõu kontseptsioone, pakkus sajand tagasi välja Ameerika raketitehnika pioneer Robert H. Goddard, olles veel Worcesteri polütehnilise instituudi magistrant. Ioonmootorid võimaldavad saada heitgaaside kiirust 20 enne 50 km/s (kast järgmisel lehel).
Kõige tavalisemas teostuses saab selline mootor energiat tõkkekihiga päikesepatareide paneelidelt. See on ämbrist veidi suurem silinder, mis on paigaldatud kosmoselaeva taha. "Kütusepaagist" juhitakse sinna ksenoongaas, mis siseneb ionisatsioonikambrisse, kus elektromagnetväli eemaldab ksenooni aatomitelt elektronid, luues plasma. Selle positiivsed ioonid tõmmatakse välja ja kiirendatakse kahe võrguelektroodi vahelise elektrivälja toimel väga suure kiiruseni. Iga plasma positiivne ioon tunneb tugevat külgetõmmet negatiivse elektroodi poole, mis asub mootori tagaosas ja seetõttu kiirendatakse seda tahapoole.
Positiivsete ioonide väljavool tekitab kosmoselaevale negatiivse laengu, mis kogunedes tõmbab eraldunud ioonid tagasi kosmoselaevasse, vähendades tõukejõudu nullini. Selle vältimiseks kasutatakse välist elektroniallikat (negatiivset elektroodi või elektronpüstolit), et viia elektronid väljuvate ioonide voolu. See tagab väljavoolava voolu neutraliseerimise, jättes kosmoselaeva elektriliselt neutraalseks.

Tänapäeval on kommertskosmoselaevad (peamiselt geostatsionaarsetel orbiitidel olevad sidesatelliidid) varustatud kümnete ioontõukuritega, mida kasutatakse nende asukoha orbiidil ja orientatsiooni korrigeerimiseks.
Maailma esimene kosmoselaev, mis Maa-lähedaselt orbiidilt startides Maa gravitatsiooni ületamiseks kasutas elektrilist tõukejõudu genereerivat süsteemi, oli 20. sajandi lõpus. sond Süvakosmos 1 Läbi komeedi Borrelli tolmuse saba lendamiseks pidi see kiirust suurendama 4,3 km/s, mille jaoks kulutati vähem 74 kg ksenooni (umbes sama mass kui täis õllevaat). See on seni suurim kiiruse kasv, mis on saavutatud mis tahes kosmoselaevaga, mis kasutab gravitatsioonilise kada asemel tõukejõudu. Koit peaks peagi rekordi ületama umbes 10 km/s Jet Propulsion Laboratory insenerid demonstreerisid hiljuti ioonmootoreid, mis võivad pidevalt töötada rohkem kui kolm aastat.

ELEKTRIRAKETIMOOTORI AJASTUSE ALGUS

1903 g.: K.E. Tsiolkovski tuletas raketi liikumise võrrandi, mida kasutatakse laialdaselt kosmoselendude kütusekulu arvutamiseks. 1911. aastal tegi ta ettepaneku, et elektriväli võib kiirendada laetud osakesi, et tekitada joa tõukejõud.
1906 nt: Robert Goddard kaalus laetud osakeste elektrostaatilise kiirenduse kasutamist reaktiivjõu tekitamiseks. 1917. aastal lõi ja patenteeris ta mootori – tänapäevaste ioonmootorite eelkäija
1954 nt: Ernst Stuhlinger näitas, kuidas optimeerida ioonmootori omadusi
1962 nt: avaldas esimese kirjelduse Halli tõukejõust – võimsamat tüüpi plasmatõukuritest –, mis loodi Nõukogude, Euroopa ja Ameerika teadlaste töö põhjal.
1962 nt: Adriano Ducati avastas magnetoplasma-modünaamilise (MPD) mootori tööpõhimõtte - kõige võimsama plasmamootori tüübi
1964 linn: Kosmoseaparaat SERT 1 NASA viis kosmoses läbi esimese eduka ioonmootori katsetamise
1972 nt: Nõukogude satelliit "Meteor" tegi Halli mootoriga esimese kosmoselennu
1999 linn: kosmosesond Süvakosmos 1 NASA inactive Thrust Laboratory demonstreeris esimest korda edukat ioonmootori kasutamist peamise tõukejõusüsteemina Maa gravitatsiooni ületamiseks Maa orbiidilt startimisel.

Elektriliste rakettmootorite omadusi ei määra mitte ainult laetud osakeste väljavoolu kiirus, vaid ka tõukejõu tihedus - tõukejõu väärtus selle augu pindalaühiku kohta, mille kaudu need osakesed voolavad. Ioonide ja sarnaste elektrostaatiliste tõukurite võimalusi piirab ruumilaeng, mis seab saavutatavale tõukejõu tihedusele väga madala piiri. Fakt on see, et kui positiivsed ioonid läbivad mootori elektrostaatilisi võre, koguneb nende vahele paratamatult positiivne laeng, mis vähendab ioone kiirendava elektrivälja tugevust.
Selle tõttu sondi mootori tõukejõud Sügav Kosmos 1 on võrdne umbes paberilehe kaaluga, mis on ulmefilmide mootorite tõukejõust väga kaugel. Auto kiirendamiseks, kasutades seda jõudu nullist 100 km/h (liikumistakistuse puudumisel: maas seisev auto ei liigu sellise jõuga isegi oma kohalt - ca sõidurada) kulunuks üle kahe päeva. Ruumivaakumis, mis ei paku takistust, võib isegi väga väike jõud anda seadmele suure kiiruse, kui see toimib piisavalt kaua.

Halli mootor

Plasmatõukuri variant, mida nimetatakse Halli tõukuriks (kast leheküljel 39), on vaba ruumilaengu poolt kehtestatud piirangutest ja seetõttu on see võimeline kiirendama kosmoselaeva suure kiiruseni kiiremini kui võrreldava suurusega ioontõukur (tänu oma kõrgemale tõukejõu tihedus). Läänes pälvis see tehnoloogia tunnustust 1990. aastate alguses, kolm aastakümmet hiljem kui endises NSV Liidus arendamise algus.
Mootori tööpõhimõte põhineb põhimõttelise efekti kasutamisel, mille avastas 1879. aastal Edwin H. Hall, kes oli tollal Johns Hopkinsi ülikooli aspirant. Hall näitas, et juhis, milles tekivad vastastikku risti asetsevad elektri- ja magnetväljad, tekib elektrivool (nn Halli vool) mõlema väljaga risti olevas suunas.
Halli tõukuris tekib plasma elektrilahendus sisemise positiivse elektroodi (anood) ja välimise negatiivse elektroodi (katoodi) vahel. Lahendus eemaldab elektroodide vahes olevatest neutraalsetest gaasiaatomitest elektronid. Saadud plasmat kiirendatakse silindrilise mootori väljalaskeava suunas Lorentzi jõu toimel, mis tekib rakendatud radiaalse magnetvälja koosmõjul asimuudis voolava elektrivooluga (antud juhul Halli vooluga). suund, st. keskelektroodi ümber. Halli vool tekib elektronide liikumisel elektri- ja magnetväljas. Sõltuvalt saadaolevast võimsusest võivad väljavoolu kiirused ulatuda vahemikus 10 enne 50 km/s
Seda tüüpi plasmatõukuritel ei ole ruumilaengu piiranguid, kuna see kiirendab kogu plasmat (nii positiivseid ioone kui ka negatiivseid elektrone). Seetõttu on saavutatav tõukejõu tihedus ja sellest tulenevalt selle tugevus (ja seega ka potentsiaalselt saavutatav väärtus dV ) on mitu korda suuremad kui sama suurusega ioonmootori omad. Rohkem kui 200 Halli tõukurit töötab juba satelliitidel madalatel maakera orbiitidel. Ja just seda mootorit kasutas Euroopa Kosmoseagentuur kosmoselaeva majanduslikuks kiirendamiseks. NUTIKAS 1 lennates Kuule.

Halli tõukurite mõõtmed on üsna väikesed ja insenerid püüavad luua selliseid seadmeid, et need saaksid varustada suurema võimsusega, mis on vajalik kõrge väljalaskekiiruse ja tõukejõu väärtuste saavutamiseks.
Princetoni ülikooli plasmafüüsika laboratooriumi teadlased on saavutanud mõningast edu, paigaldades Halli tõukuri seintele sektsioonidega elektroodid, mis tekitavad elektrivälja nii, et plasma fokusseeritakse kitsaks väljundkiireks. Disain vähendab tõukejõu kasutut teljevälist komponenti ja võimaldab pikendada mootori tööiga, kuna plasmakiir ei puutu kokku mootori seintega. Saksa insenerid saavutasid erikonfiguratsiooniga magnetvälju kasutades ligikaudu samad tulemused. Ja Stanfordi ülikooli teadlased on näidanud, et mootori seinte katmine vastupidava polükristallilise teemandiga parandab oluliselt nende vastupidavust plasma erosioonile. Kõik need täiustused muutsid Halli tõukurid sobivaks pikamaa kosmoselendudeks.

Järgmise põlvkonna mootor

Üks võimalus tõukejõu tiheduse edasiseks suurendamiseks on suurendada mootoris kiirendatud plasma koguhulka. Kuid kuna plasma tihedus Halli tõukuris suureneb, suureneb elektronide kokkupõrgete sagedus aatomite ja ioonidega, mis
takistab elektronidel kiirenduseks vajaliku Halli voolu kandmist. Tihedama plasma kasutamise teeb võimalikuks magnetoplasmodünaamiline (MPD) mootor, milles Halli voolu asemel kasutatakse voolu, mis on suunatud peamiselt mööda elektrivälja (vasakpoolne sisestus) ja mis on palju vähem hävimistundlik. aatomitega kokkupõrgete tõttu.
Üldiselt koosneb MTD-mootor keskkatoodist, mis asub suurema silindrilise anoodi sees. Gaas (tavaliselt liitiumiaur) juhitakse katoodi ja anoodi vahelisse rõngakujulisse pilusse, kus see ioniseeritakse elektrivooluga, mis voolab radiaalselt katoodilt anoodile. Vool loob asimuutse magnetvälja (ümbritseb keskkatoodi) ning välja ja voolu vastasmõju tekitab Lorentzi jõu, mis tekitab tõukejõu.
Tavalise ämbri suurune MTD-mootor on võimeline töötlema umbes megavatti päikese- või tuumaenergiaallikast saadavat võimsust ning võimaldab heitgaaside kiirust 15–60 km/s. Tõesti, väike ja julge.

MTD-mootori eeliseks on ka drosseldamisvõimalus: heitgaasi kiirust ja tõukejõudu selles saab reguleerida voolutugevuse või tööaine voolukiiruse muutmisega. See võimaldab muuta mootori tõukejõudu ja heitgaasi kiirust vastavalt vajadusele optimeerida lennutrajektoori. Intensiivne uurimine protsesside kohta, mis halvendavad MTD-mootorite omadusi ja mõjutavad nende kasutusiga, eriti plasma erosiooni, plasma ebastabiilsust ja võimsuskadusid selles, on võimaldanud luua uusi suure jõudlusega mootoreid. Tööainetena kasutavad nad liitiumi või baariumi auru. Nende metallide aatomid on kergesti ioniseeritavad, mis vähendab plasma sisemisi energiakadusid ja võimaldab hoida madalamat katoodi temperatuuri. Vedelmetallide kasutamine tööainetena ja katoodi ebatavaline disain kanalitega, mis muudavad elektrivoolu interaktsiooni olemust selle pinnaga, aitasid oluliselt vähendada katoodi erosiooni ja luua töökindlamaid MTD mootoreid.
Akadeemia ja NASA teadlaste meeskond lõpetas hiljuti uue "liitium" MTD mootori väljatöötamise a2. potentsiaalselt suuteline toimetama Kuule ja Marsile tuumajõul töötavat kosmoseaparaati, mis veab suurt lasti ja inimesi, samuti võimaldama automaatsete kosmosejaamade lende Päikesesüsteemi välistele planeetidele.

Kilpkonn võidab

Ion, Hall ja magnetoplasmodynamic on kolme tüüpi plasmamootorid, mis on juba leidnud praktilise rakenduse. Viimastel aastakümnetel on teadlased välja pakkunud palju paljutõotavaid võimalusi. Arendatakse impulss- ja pidevrežiimis töötavaid mootoreid. Mõnes luuakse plasma elektroodidevahelise elektrilahenduse abil, teistes - induktiivselt, kasutades mähist või antenni. Samuti erinevad plasma kiirenduse mehhanismid: Lorentzi jõu kasutamine, plasma sisestamine magnetiliselt loodud voolukihtidesse või liikuva elektromagnetlaine kasutamine. Üks tüüp hõlmab isegi plasma väljutamist magnetväljade abil loodud nähtamatute "rakettdüüside" kaudu.
Kõikidel juhtudel kiirendavad plasmarakettmootorid tavalisest aeglasemalt. Sellegipoolest võimaldavad need tänu paradoksile "mida aeglasem, seda kiiremini" saavutada kaugeid eesmärke lühema aja jooksul, kuna lõpuks kiirendavad nad kosmoselaeva kiiruseni, mis on palju suurem kui sama kütusemassiga keemilise kütuse mootorid. See võimaldab vältida aja raiskamist kõrvalekaldumisele kehade suunas, mis tagavad gravitatsioonilise kadaefekti. Nii nagu kuulsas loos aeglaselt liikuvast kilpkonnast, kes lõpuks jänest edestab, võidab tulevasel süvakosmose uurimise ajastul tavalisemaks muutuvatel maratonlendudel kilpkonn.

Tänapäeval suudavad seda pakkuda kõige arenenumad plasmamootorid dV enne 100 km/s Sellest piisab, et mõistliku aja jooksul välisplaneetidele lennata. Üks muljetavaldavamaid projekte süvakosmose uurimise valdkonnas hõlmab mullaproovide toimetamist Maale Titanilt, Saturni suurimalt kuult, mille atmosfäär on teadlaste sõnul väga sarnane sellele, mis ümbritses Maad miljardeid aastaid tagasi. .
Titani pinnalt võetud proov annab teadlastele haruldase võimaluse otsida märke elu keemilistest lähteainetest. Keemilise kütusega rakettmootorid muudavad sellise ekspeditsiooni võimatuks. Gravitatsiooniliste kadakate kasutamine pikendaks lennuaega rohkem kui kolme aasta võrra. Ja "väikese, kuid kauge" plasmamootoriga sond suudab sellise teekonna palju kiiremini teha.

Tõlge: I.E. Satsevitš

LISAKIRJANDUS

Elektrilise tuumajõu eelised välisplaneedi uurimisel. G. Woodcock et al. Ameerika Aeronautika ja Astronautika Instituut, 2002.

Elektriline tõukejõud. Robert G. Jahn ja Edgar Y. Choueiri füüsikateaduste ja tehnoloogia entsüklopeedias. Kolmas väljaanne. Academic Press, 2002.

Elektrilise tõukejõu kriitiline ajalugu: esimesed 50 aastat (1906–1956). Edgar Y. Choueiri ajakirjas Journal of Propulsion and Power, Vol. 20, nr. 2, lk 193-203; 2004.

__________________________________________________ [Sisukord]

Optimeeritud Internet Explorer 1024X768 jaoks
keskmine kirjasuurus
Disain: A Semenov

Elektriline rakettmootor

Võrreldes teiste rakettmootoritega võimaldavad elektrilised pikendada kosmoseaparaadi eluiga ja samal ajal väheneb oluliselt jõuseadme kaal, mis võimaldab suurendada kandevõimet ja saada võimalikult täismassi ja suuruse omadused. Elektriliste rakettmootorite abil on võimalik lühendada lendude kestust kaugetele planeetidele ning teha võimalikuks ka lennud ükskõik millisele planeedile.

60ndate keskel. XX sajand Elektrilisi rakettmootoreid katsetati aktiivselt NSV Liidus ja USA-s ning juba 1970. aastatel. neid kasutati standardsete tõukejõusüsteemidena.

Venemaal põhineb klassifitseerimine osakeste kiirenduse mehhanismil. Eristada saab järgmisi mootoritüüpe: elektrotermilised (elektriküte, elektrikaar), elektrostaatilised (ioonsed, sh kolloidsed, statsionaarsed plasmamootorid kiirendusega anoodikihis), suure voolutugevusega (elektromagnetilised, magnetodünaamilised) ja impulssmootorid.

Töövedelikuna võib kasutada mis tahes vedelikke ja gaase, aga ka nende segusid. Iga elektrimootori tüübi puhul on parima tulemuse saavutamiseks vaja kasutada sobivaid töövedelikke. Traditsiooniliselt kasutatakse elektrotermilistes mootorites ammoniaaki, elektrostaatilistes mootorites ksenooni, suure vooluga mootorites liitiumi ja impulssmootorite jaoks on kõige tõhusam töövedelik fluoroplast.

Praegu on erinevat tüüpi mootorite puhul väljalaskekiirus vahemikus 16–60 km/s, kuigi paljutõotavad mudelid suudavad anda osakeste voolu heitgaasikiiruseks kuni 200 km/s.

Puuduseks on väga madal tõukejõu tihedus, samuti tuleb arvestada, et välisrõhk ei tohiks ületada rõhku kiirenduskanalis. Kosmoselaevadel kasutatavate kaasaegsete elektriliste rakettmootorite elektrivõimsus jääb vahemikku 800–2000 W, kuigi teoreetiline võimsus võib ulatuda megavatini. Elektriliste rakettmootorite kasutegur on madal ja varieerub 30-60%.

Orbiidikorrektorina töötava vedela rakettmootori asendamine elektrilisega vähendab tüüpilise satelliidi massi 15% ja kui selle aktiivse orbiidil viibimise perioodi pikendatakse, siis 40%.

Elektrirakettmootorite arendamise üks paljutõotavamaid valdkondi on nende täiustamine võimsuse suurendamise suunas sadadesse megavattidesse ja tõukejõu eriimpulsi, samuti on vaja saavutada mootori stabiilne ja töökindel töö, kasutades odavamaid aineid, näiteks nagu argoon, liitium, lämmastik.

Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (AN). TSB

Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (DV). TSB

Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (RA). TSB

Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (SB). TSB

Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (SU). TSB

Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (EL). TSB

Raamatust Great Encyclopedia of Technology autor Autorite meeskond

Autori raamatust

Lennuki rakettmootor Lennuki rakettmootor on otsereaktsiooniga mootor, mis muundab teatud tüüpi primaarenergia töövedeliku kineetiliseks energiaks ja loob reaktiivtõukejõu. Tõukejõud rakendatakse otse raketi korpusele

Autori raamatust

Universaalne elektrimootor Universaalne elektrimootor on üks ühefaasilise jadaergastuse kommutaatormootori tüüpidest. See võib töötada nii alalis- kui ka vahelduvvoolul. Pealegi universaalse kasutamisel

Autori raamatust

Elektrimootor Elektrimootor on masin, mis muundab elektrienergiat

Autori raamatust

Vernier rakettmootor Vernier rakettmootor on raketimootor, mis on ette nähtud kanderaketi juhtimiseks aktiivses faasis. Mõnikord kasutatakse nimetust "roolirakett".

Autori raamatust

Radioisotoop-rakettmootor Radioisotoop-rakettmootor on rakettmootor, milles töövedeliku kuumenemine toimub radionukliidi lagunemisel energia vabanemise tõttu või lagunemisreaktsiooni produktid ise tekitavad joa. Vaatepunktist

Autori raamatust

Kiirendav rakettmootor Kiirendav rakettmootor (tõukejõumootor) on rakettlennuki peamootor. Selle peamine ülesanne on tagada vajalik kiirus

Autori raamatust

Päikese rakettmootor Päikese rakettmootor ehk footon-rakettmootor on raketimootor, mis kasutab reaktiivimpulssi, et tekitada tõukejõudu, mille tekitavad pinnaga kokkupuutel valgusosakesed, footonid. Näide kõige lihtsamast

Autori raamatust

Pidurdav rakettmootor Pidurdav rakettmootor on rakettmootor, mida kasutatakse pidurdamiseks, kui kosmoselaev suunatakse tagasi Maa pinnale. Pidurdamine on vajalik kosmoselaeva kiiruse vähendamiseks enne rohkem sisenemist

ELEKTRILINE RAKETI MOOTTOR, elektriline rakettmootor(ERD) - raketi mootor, kus tõukejõu tekitamiseks kasutatakse energiaallikana kosmoselaeva pardal asuva elektrijaama elektrienergiat (tavaliselt päikese- või akupatareid). Vastavalt tööpõhimõttele jagunevad elektrimootorid elektrotermilised rakettmootorid, elektrostaatilised rakettmootorid Ja elektromagnetilised rakettmootorid. Elektrotermilistes RD-des kasutatakse töövedeliku (WM) soojendamiseks elektrienergiat, et muuta see gaasiks, mille temperatuur on 1000–5000 K; reaktiivdüüsist välja voolav gaas (sarnaselt keemiarakettmootori otsikule) tekitab tõukejõu. Elektrostaatilistes reaktiivmootorites, näiteks ioonjugades, RT esmalt ioniseeritakse, misjärel positiivseid ioone kiirendatakse elektrostaatilises väljas (elektroodide süsteemi abil) ja düüsist välja voolates tekitatakse tõukejõud (et neutraliseerida joa voog, süstitakse sellesse elektronid). Elektromagnetilises RD-s (plasmas) on töövedelikuks mis tahes aine plasma, mida kiirendab ristuvates elektri- ja magnetväljades mõjuv amperjõud. Toodud elektrimootorite põhitüüpide (klasside) põhjal on võimalik luua erinevaid vahe- ja kombineeritud variante, mis vastavad kõige paremini konkreetsetele kasutustingimustele. Lisaks võivad mõned elektrimootorid toiterežiimi muutumisel ühest klassist teise "üle minna".

Elektrilisel tõukejõul on erakordselt kõrge eriimpulss – kuni 100 km/s või rohkem. Suur nõutav energiatarve (1-100 kW/N tõukejõud) ja tõukejõu väike suhe joa ristlõikepindalasse (mitte rohkem kui 100 kN/m 2) piiravad aga maksimaalset praktilist tõukejõudu. elektrilise tõukejõu mootorist mitmekümne njuutonini. Elektrilisi tõukemootoreid iseloomustavad mõõtmed ~0,1 m ja mass suurusjärgus mitu kilogrammi.

Elektrimootorite töövedelikud on määratud erinevat tüüpi mootorites toimuvate protsesside olemuse järgi ja need on väga mitmekesised: need on madala molekulmassiga või kergesti dissotsieeruvad gaasid ja vedelikud (elektrotermilistes tõukurites); leeliselised või rasked, kergesti aurustuvad metallid, samuti orgaanilised vedelikud (elektrostaatilistes RD-des); erinevad gaasid ja tahked ained (elektromagnetilises RD-s). Tavaliselt on RT-ga paak konstruktsiooniliselt ühendatud elektriajamiga ühes jõuseadmes (moodulis). Energiaallika ja RT eraldamine aitab kaasa elektrilise tõukejõu väga täpsele juhtimisele laias vahemikus, säilitades samal ajal kõrge eriimpulsi väärtuse. Paljud elektrimootorid on korduval sisselülitamisel võimelised töötama sadu ja tuhandeid tunde. Mõned elektrilised tõukejõumootorid, mis on oma põhimõttelt impulssmootorid, võimaldavad kümneid miljoneid lisamisi. Elektrilise tõukejõu tööprotsessi efektiivsust ja täiuslikkust iseloomustavad efektiivsuskoefitsiendi väärtused ja veojõu hinnad, elektrilise tõukejõu mõõtmed - väärtus tõukejõu tihedus.

Mõnede elektrilise tõukejõu parameetrite iseloomulikud väärtused

Valikud	Elektrilise tõukejõu tüüp
Valikud	elektrotermiline	elektromagnetiline	elektrostaatiline
Tõukejõud, N	0,1 — 1	0,0001 — 1	0,001 — 0,1
Eriimpulss, km/s	1 — 20	20 — 60	30 — 100
Tõukejõu tihedus (maksimaalne), kN/m 2	100	1	0,03 — 0,05
Toitepinge, V	ühikud - kümned	kümneid - sadu	kümned tuhanded
Toitevoolu tugevus, A	sadu - tuhandeid	sadu - tuhandeid	ühiku murdosad
Tõukejõu hind, kW/N	1 — 10	100	10 — 40
Tõhusus	0,6 — 0,8	0,3 — 0,5	0,4 — 0,8
Elektrivõimsus, W	kümneid - tuhandeid	ühikut - tuhandeid	kümneid - sadu

Elektrimootori oluline omadus on toiteallika parameetrid. Kuna enamikke olemasolevaid ja tulevasi pardaelektrijaamu iseloomustab suhteliselt madala pinge (ühikud - kümned voltid) ja suure võimsusega (kuni sadu ja tuhandeid ampreid) alalisvoolu genereerimine, on lihtsaim viis lahendada toiteallika küsimus elektrotermilistes RD-des, mis on valdavalt madalpinge ja kõrge vooluga. Neid RD-sid saab toita ka vahelduvvooluallikast. Suurimad raskused toiteallikaga tekivad elektrostaatiliste RD-de kasutamisel, mille tööks on vaja kõrge (kuni 30-50 kV) pingega, kuigi madala tugevusega alalisvoolu. Sel juhul on vaja varustada konversiooniseadmed, mis suurendavad oluliselt kaugjuhtimispuldi massi. Elektrilise tõukejõu toiteallikaga seotud tööelementide olemasolu tõukejõusüsteemis ja elektrilise tõukejõu madal väärtus määravad nende mootoritega kosmoselaeva ülimadala tõukejõu ja kaalu suhte. Seetõttu on elektrilisi tõukemootoreid mõttekas kasutada ainult kosmoselaevades pärast 1. põgenemiskiiruse saavutamist keemia- või tuumatõukuri abil (lisaks saavad mõned elektrimootorid üldjuhul töötada ainult kosmose vaakumis).

K. E. Tsiolkovski ja teised astronautika pioneerid arutasid ideed kasutada elektrienergiat joa tõukejõu tootmiseks. Aastatel 1916–1917 kinnitas R. Goddard selle idee reaalsust katsetega. Aastatel 1929-33 lõi V. P. Glushko eksperimentaalse elektrotermilise RD. Seejärel, kuna puudusid vahendid elektrimootorite kosmosesse toimetamiseks ja vastuvõetavate parameetritega toiteallikate loomise raskuste tõttu, peatati elektrimootorite arendamine. Need jätkusid 50ndate lõpus ja 60ndate alguses. ning neid ergutasid astronautika ja kõrgtemperatuurse plasmafüüsika edusammud (töötati välja seoses kontrollitud termotuumasünteesi probleemiga). 80ndate alguseks. NSV Liidus ja USA-s katsetati kosmoselaevade ja kõrgmäestiku atmosfäärisondide osana umbes 50 erineva konstruktsiooniga elektrilist tõukejõusüsteemi. 1964. aastal katsetati esimest korda lennul elektromagnetilisi (NSVL) ja elektrostaatilisi (USA) tõukejõude, 1965. aastal katsetati elektrotermilisi tõukejõude (USA). Elektrilisi tõukemootoreid kasutati kosmoselaevade orbiitide asendi ja korrigeerimise juhtimiseks, kosmoselaevade üleviimiseks teistele orbiitidele (vt täpsemalt artiklist erinevat tüüpi elektrimootorite kohta). Märkimisväärseid edusamme elektrimootorite loomisel on saavutatud Suurbritannias, Saksamaal, Prantsusmaal, Jaapanis ja Itaalias. Projekteerimisuuringud on näidanud elektriliste tõukejõumootorite kasutamise teostatavust kosmoselaevade reaktiivjuhtimissüsteemides, mis on mõeldud pikaajaliseks tööks (mitu aastat), samuti tõukejõumootoreid kosmoselaevadele, mis sooritavad keerulisi Maa-lähedasi orbiidi üleminekuid ja planeetidevahelisi lende. Elektriliste tõukemootorite kasutamine keemiliste tõukurite asemel suurendab kosmoselaeva kasuliku koormuse suhtelist massi ja mõnel juhul vähendab lennuaega või säästab raha.

Elektrimootorite poolt kosmoselaevale antava väikese kiirenduse tõttu peavad elektrilise tõukejõuga tõukejõusüsteemid töötama pidevalt mitu kuud (näiteks kui kosmoselaev liigub madalalt orbiidilt geosünkroonsele) või mitu aastat (planetidevaheliste lendude ajal) ). USA-s uuriti näiteks mitme ioonelektrilise tõukejõuga tõukejõusüsteemiga tõukejõusüsteemi, mille tõukejõud on 135 mN ja eriimpulss ~ 30 km/s, mida toidab päikeseelektrijaam. Olenevalt elektrilise tõukejõu arvust ja RT (elavhõbeda) reservist võiks tõukejõusüsteem tagada kosmoselaeva lennu komeetidele ja asteroididele, kosmoselaeva starti Merkuuri, Veenuse, Saturni, Jupiteri orbiitidele, saatmise. kosmoseaparaat, mis on võimeline toimetama Marsi pinnast Maale, saatma uurimissonde välisatmosfääri planeetidele ja nende satelliitidele, saatma kosmoseaparaate ekliptilisest tasapinnast väljapoole ümbritsevatele orbiitidele jne. Eelkõige tõukejõusüsteem versioonis 6 elektrilise tõukejõuga mootorid ja 530 kg suurune RT reserv suudaksid Encke-Backlundi komeedi lähedalt mööda lennata 410 kg kaaluva kandevõimega (sh 60 kg teadusaparatuuri).

Samuti uuritakse tuumaelektrijaamade jõul töötavate elektrimootoritega PS-sid. Nende paigaldiste kasutamine, mille parameetrid ei sõltu välistingimustest, tundub asjakohane, kui kosmoselaeva elektrivõimsus on üle 100 kW. Näidatud tõukejõusüsteemid võivad võimaldada transpordilaevade manöövreid Maa lähedal, samuti lende Maa ja Kuu vahel, saata kosmoseaparaate välisplaneetide üksikasjalikuks uurimiseks, planeetidevaheliste mehitatud kosmoselaevade lende jne. Esialgsete uuringute kohaselt on 20-30-tonnise algmassiga kosmoselaevad, mis on varustatud reaktoriga, mitmesaja kW võimsusega elektrijaam ja väikese arvu impulss-elektromagnetiliste elektrimootoritega, mille tõukejõud on mitukümmend N, võiksid Jupiteri üksikasjalikult uurida. 8–9 aasta jooksul, toimetades Maale oma satelliitide mullaproovid. Sellise kosmoselaeva tõukejõusüsteemi kõrgete konstruktsiooniliste omaduste saavutamine nõuab aga paljude probleemide lahendamist.

Elektriliste jõumootorite arendamine aitab kaasa teoreetiliste küsimuste lahendamisele ning erimaterjalide, tehnoloogia, protsesside, elementide ja seadmete loomisele, millel on suur tähtsus tööstustehnoloogiliste protsesside, elektrotehnika, elektroonika, lasertehnoloogia, termotuumafüüsika arendamiseks. , gaasidünaamika, samuti kosmose-, keemia- ja meditsiiniuuringud.