Stationär plasmamotor ( SPD ) är en elektrostatisk raketmotor baserad på Hall-effekten med utflöde av neutral plasma, utvecklad vid Fakels experimentella designbyrå med vetenskapligt stöd från IAE uppkallad efter A.I. I.V. Kurchatova , MAI och NII PME [1] .
Den stationära plasmamotorn är en elektrostatisk Hall-effekt raketmotor med xenon som arbetsvätska . Dess funktionsprincip är baserad på växelverkan mellan laddade plasmapartiklar med längsgående elektriska och tvärgående magnetiska fält; det är en motor med en sluten elektrondrift och en utökad accelerationszon [1] .
Xenonplasma skapas i motorn på grund av gasutsläppet i urladdningskammarens koaxialkanal. På grund av de fysiska egenskaperna hos urladdningen med en sluten elektrondrift sker nästan fullständig jonisering av arbetsvätskan. Joner accelereras i ett elektriskt fält längs urladdningskammaren, som ett resultat av detta strömmar ett riktat flöde av joner (plasmajet) ut ur kammaren, vilket skapar reaktiv dragkraft [1] .
Plasmaelektroner driver i azimut och joniserar xenonatomer, några av dem faller på anoden, och den andra delen går tillsammans med jonerna in i plasmastrålen. Vid utgången från urladdningskammaren kompenserar elektronerna den elektriska potentialen hos jonflödet och rymdladdningen så att villkoret för lika med noll av den totala elektriska strömmen hos plasmastrålen som strömmar från motorn uppfylls automatiskt. På grund av detta skiljer sig rymdfarkostens elektriska potential endast något från potentialen i det omgivande rymden [1] .
Avgashastigheten, dragkraften och effektförbrukningen för plasmastrålen vid utgången från motorn bestäms av potentialskillnaden som passerar av jonerna i accelerationsgapet mellan anoden och katoden. Drivkraften beror också på förbrukningen av arbetsvätskan (xenon). För en stationär plasmapropeller är dragkraften nästan direkt proportionell mot förbrukningen av arbetsvätskan [1] .
På grund av kraftens starka beroende av arbetsvätskans flödeshastighet, när man skapar en effektiv stationär plasmamotor med låg effekt, är det svårt att tillhandahålla det erforderliga magnetfältet i accelerationskanalen hos en sådan motor{{sfn|Kim| .
Idén om att skapa en SPD föreslogs av A.I. Morozov i början av 1960-talet. År 1968 fattade akademikern A.P. Aleksandrov och chefsdesignern A.G. Iosifyan ett historiskt beslut att skapa ett korrigerande framdrivningssystem (KDU) med SPT. Utvecklingen av den första KDU och dess integration i rymdfarkosten Meteor utfördes i nära samarbete med grupper av forskare och specialister från Institutet för atomenergi uppkallad efter V.I. I. V. Kurchatova (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubsky), OKB Zarya (L. Novoselov) och VNIIEM (Yu. Rylov). I december 1971 lanserades framdrivningssystemet med SPT - KDU "Eol" framgångsrikt i rymden som en del av rymdfarkosten "Meteor". I februari-juni 1972 genomfördes de första inkluderingarna och testerna, som visade SPT:s funktion i rymden och kompatibilitet med rymdfarkoster i omloppsbana nära jorden. Banhöjden höjdes med 17 km.
1974 testades plasmamotorn Eol framgångsrikt. I början av 1980-talet började Fakel Design Bureau i Kaliningrad att masstillverka SPD-50, SPD-60, SPD-70 motorer [2] . 1982 lanserades den första satelliten från SPD-70, Geyser nr 1, 1994 utrustades kommunikationssatelliten Gals-1 med en ny SPD-100-modell.
Sedan 1995 har SPT använts i korrigeringssystem för en serie anslutna geostationära rymdfarkoster som Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat utvecklade av NPO Applied Mechanics och sedan 2003 - som en del av utländska geostationära satelliter av Inmarsat - typen , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 för att lösa problemen med att föra till " operationspunkten ", stabilisera positionen vid denna punkt, ändra "operationspunkten" om nödvändigt och dra sig tillbaka från den vid slutet av driften.
I januari 2012 hade totalt 352 SPT-motorer installerats på rymdfarkoster som skjutits upp i rymden [3] .
Specificiteten hos denna motor, liksom andra elektriska raketmotorer , är en betydligt högre hastighet för utloppet av arbetsvätskan jämfört med de tidigare använda kemiska motorerna , vilket gör det möjligt att avsevärt minska reserverna av arbetsvätskan som är nödvändig för att lösa ovanstående problem. Dess användning som en del av geostationära rymdfarkoster gör det möjligt att öka massandelen av målutrustningen och perioden för deras aktiva existens upp till 12-15 år. På grund av detta ökas effektiviteten hos KA avsevärt.
OKB "Fakel" producerar olika motorer som skiljer sig åt i dragkraft, vikt och storleksegenskaper, strömförbrukning för olika rymdfarkoster [4] .
| Modell | Ändamål | Thrust, mN | effekt, kWt | Specifik impuls, s | Drageffektivitet, % | Resurs, h | Vikt (kg | Exempel på KA [3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPD-290 | marsch- och transportuppgifter för tunga rymdfarkoster med ett högt kraft-till-vikt-förhållande | upp till 1500 | 5-30 | upp till 3300 | upp till 65 | 27 000 | 23 | som en del av kärnkraftverket i megawattklassen [5] [1] [6] |
| SPD-230 | övre etapperna för att föra rymdfarkosten från en mycket elliptisk bärraket till en geostationär bana | upp till 785 | upp till 15 | upp till 2700 | upp till 60 | — | 25 | |
| SPD-200 | ytterligare uppstigning av en rymdfarkost från en mycket elliptisk uppskjutningsbana till en geostationär som en del av ett övre steg baserat på ett elektriskt framdrivningssystem med en effekt på 10 ... 15 kW | 500 | femton | 2500 | upp till 60 | 18 000 | femton | |
| SPD-140 | interorbital transport, omloppskorrigering av tunga geostationära rymdfarkoster | 300 | 7 | 2000 | > 55 | 10 000 | 7.5 | Eutelsat 172B [7] |
| SPD-25 [8] | omloppskorrigering, manövrar, orientering, stabilisering av små rymdfarkoster (~100 kg massa) | 7 | 0,1 | 800 | tjugo | 1500 | 0,3 | |
| SPD-50 | EPS för små rymdfarkoster | 14 [8] | 0,22 | 860 | 26 | ≥2500 | 1.23 | Meteor 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V |
| SPD-60 [9] | EPS för små rymdfarkoster | trettio | 0,5 | 1300 | 37 | 2500 | 1.2 | några rymdfarkoster från Meteor -serien |
| SPD-70 | EP för medelstora rymdfordon | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Express-MD1 , KazSat-2 , … |
| SPD-100V | EPS för olika rymdfarkoster | 83 | 1,35 | 1600 | 45 | >9000 | 3.5 | Express-AM44 , AMOS-5 , ... |
| PPS-1350-G | SPD-100-teknik reproducerad i Europa av Snecma Moteurs under ett avtal mellan OKB FAKEL och Snecma Moteurs | 84 | 1.5 | 1668 | 46 | 7000 | 3.5 | SMART-1 |