Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
На сегодняшний день двигатели с замкнутым дрейфом электронов (ДЗДЭ) успешно применяются для управления движением большого количества космических аппаратов (КА) различных классов и назначений [1]. В последние годы гигантскими темпами растет применение малых космических аппаратов (МКА) массой от нескольких десятков до нескольких сотен килограмм [2]. Также на различных этапах готовности находятся такие проекты как Starlink (США), OneWeb (ЕС) и «Сфера» (Россия) с проектными темпами запусков от нескольких сотен до нескольких тысяч КА в год [3–5]. Обеспечение столь большего количества спутников традиционным рабочим веществом таких двигателей — ксеноном — невозможно ввиду его малого содержания в земной атмосфере и небольших объемов производства. Решением сложившейся проблемы является переход на более распространенные альтернативные рабочие вещества, наиболее перспективным из которых является криптон. Близость характеристик двух газов позволяет использовать многие конструктивные решения, уже отработанные на ксеноне. Но для обеспечения высокой эффективности работы и ресурса двигателей на криптоне необходимо существенно оптимизировать их конструкцию и особенно геометрию ускорительного канала [5, 6].
В ряде работ на легких РТ было показано, что небольшая добавка ксенона к аргону, азоту, воздушной смеси или криптону существенно снижает уровень разрядных токов, угол расходимости ионного пучка, уменьшает теплонапряженность разрядной камеры и повышает объемную скорость ионизации [7, 8]. Это говорит о возможности повышения тяговых и удельных характеристик ДЗДЭ, работающего на криптоне благодаря небольшой добавке ксенона.
Поэтому в данной работе было исследовано влияние 5 % добавки ксенона к криптону на разрядные и тяговые характеристики двигателя с анодным слоем (ДАС) при различных глубинах ускорительного канала. Испытания били проведены на стенде МГТУ им. Н.Э. Баумана ЭРД-4,5 [9]. Исследовалась работа экспериментальной модели одноступенчатого ДАС со средним диаметром ускорительного канала 38 мм. Испытания были проведены на чистом криптоне и ксеноне, а также промышленном концентрате криптон-ксеноновой смеси следующего состава: Kr — 94,236 %; Хе — 5,4 %; Н2 — 0,21 %; Ne — 0,003 %; N2 — 0,11 %; O2 — 0,003 %; CF4 — 0,002 %; N2O — 0,013 %. В процессе испытаний производилось измерение разрядных и тяговых характеристик в диапазоне расходов РТ от 1,5 до 3,5 мг/с при глубинах ускорительного канала 3; 4,5; 5; 6 мм.
По результатам экспериментальных исследований было установлено, что характер работы двигателя на криптон-ксеноновой смеси (величина магнитных полей, температурный режим и границы устойчивой работы) схож с работой на криптоне. Уровень разрядных токов при работе на смеси на 5...10 % ниже, а тяга в большинстве режимов была выше на 1...2 мН. В результате чего тяговая эффективность на смеси более чем на 5 % превышает значения тяговой эффективности чем при работе на чистом криптоне. Было установлено, что наиболее высокая эффективность двигателя при работе на криптоне и криптон-ксеноновой смеси достигается при одинаковой глубине ускорительного канала, равной 4,5 мм. При такой глубине достигались стабильная работа ДАС, наименьшая цена тяги и наилучшая тяговая эффективность.
