Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Стремительное развитие космической отрасли и технологий способствует оптимизации массогабаритных характеристик и экономических затрат на создание и выведение полезной нагрузки космических аппаратов (КА) в сторону их снижения. Наличие на КА системы хранения и подачи рабочего тела (РТ) электроракетной двигательной установки (ЭРДУ) — ксенона или криптона — приводит к неизбежному увеличению массы всех остальных систем: управления, преобразования, электропитания.
В последнее время возрастает интерес к использованию низкоорбитальных КА различного назначения, достоинствами которых является низкая цена выведения на орбиту и повышенное разрешение целевой аппаратуры, что отмечено в работе [1]. Однако при снижении высоты орбиты космических аппаратов возрастает концентрация газов остаточной атмосферы Земли, и связанное с этим аэродинамическое торможение аппарата, что приводит к уменьшению срока его активного существования. Для перспективных низкоорбитальных аппаратов представляет интерес возможность использования в качестве рабочего тела остаточных газов верхних слоев атмосферы, так как в этом случае снимается одно из ограничений для срока активного существования КА — запас рабочего тела двигателя [2].
Использование забортного воздуха в качестве рабочего тела КА при усовершенствовании системы хранения и подачи РТ, в составе которой предполагается применение отработанных элементов, приведет к снижению массы, габаритов, стоимости, энергопотребления аппарата, и увеличит срок его активного существования на орбите. Помимо этого, траектория полета КА расположена на низкой околоземной орбите, что позволяет выполнять целевые задачи с высокой точностью без риска выхода из строя КА из-за космического мусора или радиации.
Несмотря на перечисленные преимущества альтернативного рабочего тела, необходимо учитывать, что остаточная атмосфера на разных высотах имеет разные физико-химические свойства, по сравнению с традиционно использующимися газами (ксенон, криптон, их смесь), поэтому происходящие в таком электроракетном двигателе процессы могут принципиально отличаться от уже отработанных устройств. Такие отличия могут привести к изменению выходных тягово-энергетических характеристик и, соответственно, режимов работы двигательной установки [3].
В данной работе авторами предложена схема испытательного стенда для проверки работоспособности и проведения испытаний двигательной установки, работающей на внешних атмосферных газах. В работе [4] отражены результаты проведения экспериментальных исследований на специальном стенде, созданном для проведения испытаний электроракетного двигателя с устройством забора атмосферных газов (УЗАГ). Однако в работе отсутствуют средства подтверждения параметров имитированного потока на входе в УЗАГ, что предлагается внедрить в разработанную схему стенда.
Предложенная в настоящей работе схема состоит из вакуумной камеры, системы вакуумных насосов, для создания разрежения внутри камеры, системы измерения давления в камере, и систем регулировки и управления параметрами испытываемого двигателя [5]. В добавок к этому используется система подачи рабочего тела (СПРТ) и система контроля и измерения ее параметров.
Наибольший интерес представляет система подачи рабочего тела. В предложенной схеме главным элементом СПРТ является имитатор набегающего потока (ИНП), состоящий из источника заряженных частиц и сеточного распределителя. Имитируемый поток (атмосферные газы по составу идентичные высоте размещения КА) поступает в двигательную установку, через УЗАГ, осуществляющее сбор и сжатие набегающего потока с последующей подачей в газоразрядную камеру электроракетного двигателя.
Для корректного исследования работы двигательной установки требуется система контроля и измерения параметров СПРТ: концентрации, температуры и скорости смеси атмосферных газов на выходе из ИНП. В предложенной схеме допускается возможность использования как зондовой диагностики, так и масс-спектроскопии. Система должна выдерживать параметры по одной из существующих моделей верхних слоев атмосферы, предложенных в [6]. В дальнейшей работе планируется использование модели NRLMSISE-00, подробное описание которой представлено в [7]. В отечественной практике вопрос использования разреженных газов атмосферы Земли рассмотрен в работе [8], где также рассматривалась стандартная модель атмосферы NRLMSISE-00.
Разработанная схема испытательного стенда включает в себя все необходимые элементы для осуществление экспериментальной отработки двигательной установки, использующей в качестве РТ внешние атмосферные газы, что позволит проверить технические решения и перейти на следующий этап создания перспективных низкоорбитальных КА.
