Коллектив авторов - Большая энциклопедия техники

В настоящее время для различных типов двигателей скорость истечения колеблется в пределах от 16 до 60 км/с, хотя перспективные модели смогут дать скорость истечения потока частиц до 200 км/с.

Недостатком является очень малая плотность тяги, также необходимо отметить: внешнее давление не должно превышать давление в ускорительном канале. Электрическая мощность современных электрических ракетных двигателей, применяемых на космических аппаратах, колеблется от 800 до 2000 Вт, хотя теоретическая мощность может достигать мегаватт. КПД электрических ракетных двигателей невысок и варьируется от 30 до 60%.

В ближайшее десятилетие этот тип двигателей в основном будет выполнять задачи по коррекции орбиты космических аппаратов, находящихся как на геостационарных, так и на низких околоземных орбитах, а также для доставки космических аппаратов с опорной околоземной орбиты на более высокие, например геостационарную.

Замена жидкостного ракетного двигателя, выполняющего функцию корректора орбиты, на электрический позволит снизить массу типового спутника на 15%, а если увеличить срок его активного пребывания на орбите, то на 40%.

Одним из наиболее перспективных направлений развития электрических ракетных двигателей является их совершенствование в направлении увеличения мощности до сотен мегаватт и удельного импульса тяги, а также необходимо добиться стабильной и надежной работы двигателя на более дешевых веществах, таких как аргон, литий, азот.

Электротермический ракетный двигатель – двигатель, в котором реактивную тягу создает струя газа, нагретого до высокой температуры. Нагрев происходит за счет воздействия электрической энергии. Электротермические двигатели можно разделить на два класса: электронагревные и электродуговые.

Изобретателем электротермического ракетного двигателя считается В. П. Глушко (1908—1989). Он был заведующим Газодинамической лаборатории. В 1929 г. был спроектирован опытный образец, но, к сожалению, впоследствии этот тип двигателя не смог вывести космический аппарат за пределы атмосферы, в результате чего все исследования в этом направлении были свернуты.

В качестве рабочего тела в электротермических двигателях используется плазма, в них кроме температурного нагрева используются электрические силы. Четкой классификации электротермических двигателей пока что не существует, хотя можно выделить несколько направлений по характеру рабочего тела, используемого в двигателе. Они делятся на плазменные, использующие неразделенную плазму для ускорения, и ионные, принцип действия которых основан на предварительном делении ионов и электронов плазмы при последующей нейтрализации электронами на выходе из сопла двигателя.

В свою очередь, первая подгруппа делится на термические, или электродуговые, двигатели с магнитным давлением и магнитоэлектрические. Термические двигатели особенны тем, что их можно применять в составном двигателе как источник горячей плазмы для другого типа ракетного двигателя, в котором будет осуществляться дальнейший разгон плазмы за счет иных сил, например, за счет магнитного давления либо пересекающихся электрических и магнитных полей. В плазменных двигателях теоретически может достигаться режим, имитирующий работу фотонного или квантового двигателя. Это достигается при дальнейшем повышении температуры (предположительно, достигнув температуры в 150 000 K, реализуется эффект излучения абсолютно черного тела, и энергия, вводимая или введенная в плазму, будет превращаться в излучение, световое давление которого может иметь внушительные параметры).

Электронное оборудование, рассчитанное на работу в условиях мощной космической радиации, – это оборудование, которое, в отличие от базовой комплектации, снабжается дополнительными средствами защиты от негативных излучений. Наличие космической радиации, которая обусловлена наличием в радиационном поясе Земли и космическом пространстве потоков заряженных частиц, вынуждает ученых создавать специальные защитные покрытия, которые, будучи нанесенными на поверхность прибора, защитят его от негативного воздействия.

Ядерный ракетный двигатель – ракетный двигатель, принцип действия которого основан на ядерной реакции или радиоактивном распаде, при этом выделяется энергия, нагревающая рабочее тело, которым могут служить продукты реакций либо какое-то другое вещество, например водород. Существует несколько разновидностей ракетных двигателей, использующих вышеописанный принцип действия: ядерный, радиоизотопный, термоядерный. Используя ядерные ракетные двигатели, можно получить значения удельного импульса значительно выше тех, которые могут дать химические ракетные двигатели. Высокое значение удельного импульса объясняется большой скоростью истечения рабочего тела – порядка 8—50 км/с. Сила тяги ядерного двигателя сравнима с показателями химических двигателей, что позволит в будущем заменить все химические двигатели на ядерные.

Основным препятствием на пути полной замены является радиоактивное загрязнение окружающей среды, которое наносят ядерные ракетные двигатели.

Их разделяют на два типа – твердо– и газофазные. В первом типе двигателей делящееся вещество размещается в сборках-стержнях с развитой поверхностью. Это позволяет эффективно нагревать газообразное рабочее тело, обычно в качестве рабочего тела выступает водород. Скорость истечения ограничена максимальной температурой рабочего тела, которая, в свою очередь, напрямую зависит от максимально допустимой температуры элементов конструкции, а она не превышает 3000 K. В газофазных ядерных ракетных двигателях делящееся вещество находится в газообразном состоянии. Его удержание в рабочей зоне осуществляется посредством воздействия электромагнитного поля. Для этого типа ядерных ракетных двигателей элементы конструкции не являются сдерживающим фактором, поэтому скорость истечения рабочего тела может превышать 30 км/с. Могут быть использованы в качестве двигателей первой ступени, невзирая на утечку делящегося вещества.

В 70-х гг. XX в. в США и Советском Союзе активно испытывались ядерные ракетные двигатели с делящимся веществом в твердой фазе. В США разрабатывалась программа по созданию опытного ядерного ракетного двигателя в рамках программы NERVA Американцами был разработан графитовый реактор, охлаждаемый жидким водородом, который нагревался, испарялся и выбрасывался через ракетное сопло. Выбор графита был обусловлен его температурной стойкостью. По этому проекту удельный импульс полученного двигателя должен был вдвое превышать соответствующий показатель, характерный для химических двигателей, при тяге в 1100 кН. Реактор Nerva должен был работать в составе третьей ступени ракеты-носителя «Сатурн V», но в связи с закрытием лунной программы и отсутствием других задач для ракетных двигателей этого класса реактор так и не был опробован на практике.