 Автор: Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Издательство: Машиностроение
Год: 1975
Страниц: 272
Формат: DJVU
Качество: отличное
УДК 629.7.036.7.001.2 (082)
В книге изложены основы теории и общие особенности электрических ракетных двигателей. Рассмотрены современные физические представления об ускорении заряженных частиц и плазмы в электрическом и магнитном полях, положенные в основу классификации электрических ракетных двигателей. Последовательно проанализированы наиболее перспективные электрические ракетные двигатели: электростатические, электротермические, сильноточные, холловские и импульсные. Дано сравнение электрических двигателей и ускорителей различных типов, указаны оптимальные области их практического применения.
Книга рассчитана на научных работников и инженеров, занимающихся исследованиями и разработкой ЭРД и плазменных ускорителей.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Электрические ракетные двигатели (ЭРД) открывают новое перспективное направление в космическом двигателестроении. Они отличаются от существующих космических двигателей, работающих на химических топливах, более высокой экономичностью, но одновременно значительно меньшей тяговооруженностью. Оба эти свойства органически связаны между собой. В ЭРД используется принцип ускорения заряженных частиц электромагнитным полем, на создание которого расходуется электрическая энергия. Источником этой энергии обычно служит либо ядерная энергоустановка космического корабля, либо находящийся на его борту фотоэлектрический преобразователь солнечной энергии. В обоих случаях удельная масса (масса, приходящаяся на единицу вырабатываемой мощности) космических энергоустановок достаточно велика. Поэтому отношение силы тяги к массе космического корабля (тяговооруженность) оказывается невысоким. Вместе с тем разделение источников энергии и рабочего вещества в ЭРД и использование электромагнитного ускорения позволяют значительно — на один-два порядка по сравнению с двигателями на химических топливах повысить удельный импульс и соответственно экономичность двигателя.
Значительный вклад в совершенствование электрических ракетных двигателей внесли советские ученые. Идея использования электрических сил для разгона рабочего вещества, обладающего электрическим зарядом, была впервые высказана К. Э. Циолковским еще в 1911 году. Первые исследования по созданию электрического ракетного двигателя были проведены в Советском Союзе в 1929—1931 гг. основоположником отечественного ракетного двигателестроения В. П. Глушко. Эти исследования были завершены разработкой наземного прототипа ЭРД и экспериментальным определением его основных характеристик.
После запуска в 1957 году в СССР первого искусственного спутника Земли, открывшего эру практического освоения коСхМО-са, началось интенсивное развертывание исследований и проектных разработок в области ЭРД, которые рассматриваются как перспективные энергосиловые системы для осуществления энергоемких космических полетов в околоземном пространстве и в пределах солнечной системы. При этом выяснилось, что для успешного решения проблем, возникающих при создании ЭРД, необходимо существенно развить и дополнить имеющиеся представления об ускорении плазмы и пучков заряженных частиц в электромагнитных полях, об устойчивости плазменных течений, о приэлектродных процессах в ускорителях. В результате большого цикла исследований, выполненных в 1957—1974 гг., к настоящему времени достаточно развиты физические основы электромагнитных ускорителей плазмы, которые по существу составили новую практически важную область физики плазмы; сформированы научно обоснованные представления о перспективных схемах ускорителей и созданы высокоэффективные электрические ракетные двигатели.
Электрические ракетные двигатели были использованы на советских космических аппаратах «Зонд-2», «Янтарь», «Метеор», ВЗА и др. Испытания ЭРД проводились также и в США на ряде космических объектов.
В предлагаемой вниманию читателей книге дано систематическое изложение основ электрических ракетных двигателей на базе современных физических представлений об ускорении плазмы и заряженных частиц в электромагнитном поле. В первых двух главах рассматриваются общие характеристики ЭРД и физические основы ускорения плазмы и заряженных частиц в электромагнитном поле. В последующих главах на базе рассмотренных общих закономерностей дан анализ наиболее перспективных современных электроракетных двигателей: электростатических, электротермических, сильноточных плазменных двигателей, двигателей с замкнутым холловским током, импульсных плазменных двигателей.
Важная особенность работ по исследованию и освоению космического пространства состоит в том, что их результаты способствуют развитию народного хозяйства и ускорению научно-технического прогресса. Освещению этих вопросов посвящена последняя, седьмая глава книги.
Авторы надеются, что настоящая работа будет полезна всем, кто занимается исследованиями и разработками в области ЭРД и электромагнитных ускорителей плазмы.
Авторы выражают благодарность д-ру- техн. наук, проф. Д. Д. Севруку за ценные замечания, сделанные при рецензировании рукописи, а также сотрудникам и коллегам, которые во многом помогли созданию настоящей книги.
|