Выпуски бюллетеня

ТомНомер
13 1
12 1 2 3 4 5 6
11 1 2 3 4 5 6
10 1 2 3 4 5
9 1 2 3 4 5
8 1 2 3 4 5
7 1
6 1 2 3 4
5 1 2 3 4 5 6
4 1 2 3 4 5 6
3 1 2 3 4 5 6
2 1 2 3 4 5
1 1 2
0 0

Тематический указатель

СП магниты для двигателей космических аппаратов

2009, Tом 6, выпуск 3
Тематика: НТСП устройства

В феврале текущего года компания Scientific Magnetics Ltd. (Оксфорд, Великобритания) поставила для американской компании Ad Astra Rocket Company (AARC) в г. Вебстер (Техас, США) созданный на основе НТСП материалов магнит VX-200. Магнит является ключевым элементом разрабатываемого в AARC двигателя для магнитоплазменных ракет с переменным удельным импульсом (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket, VASIMR).

Принцип действия магнитоплазменного ракетного двигателя представлен на рис. 1. Он состоит из трёх основных частей. В первой происходит получение холодной плазмы (температура – 104°C) из топлива, в качестве которого предполагается использовать легкий газ (рассматриваются следующие возможные варианты: водород, дейтерий, гелий, азот, неон, аргон). Во второй части двигателя происходит нагрев плазмы с помощью радиочастотного излучения до температур порядка 100 млн. С. Третья часть двигателя – магнитное сопло, которое позволяет контролировать количество и скорость выходящей высокотемпературной плазмы, создающей реактивную тягу. На всех этапах управление плазмой осуществляется с помощью магнита, который также изолирует компоненты системы от соприкосновения с плазмой. Высокие требования на создаваемые магнитные поля и массогабаритные характеристики делают сверхпроводниковые материалы необходимыми при конструировании двигателя.

Удельный импульс, создаваемый выходом ускоренной плазмы из сопла магнитоплазменного двигателя, в сотни раз превышает удельный импульс сегодняшних ракетных двигателей, принцип действия которых основан на сжигании жидкого топлива. Поэтому использование в ракетоносителях магнитоплазменных двигателей позволит значительно сократить расход топлива и, соответственно, связанные с ним затраты. Кроме того, магнитоплазменные двигатели смогут существенно увеличить грузоподъемность космических аппаратов.

Рис. 1. Принцип работы магнитоплазменного ракетного двигателя Ad Astra Rocket Company.

Такие двигатели могут быть полезны для перевода с орбиты на орбиту и позиционирования орбитальных станций и спутников, а также, в дальнейшей перспективе, для осуществления полетов к другим планетам.

Созданный для проекта VASIMR НТСП-магнит VX-200 показан на рис. 2. Максимальная создаваемая им магнитная индукция составляет 2 Тл. Магнит помещался в вакуумный кожух, охлаждение осуществлялось с помощью криокулера без использования хладагента. Номинальная рабочая температура устройства – 5К; отсутствие жидкого гелия принципиально для космического аппарата, поскольку в случае утечки восполнить его запасы в открытом космосе было бы проблематичным. Длина магнита – более 2 м; он является одним из самых больших в мире магнитов, использующих косвенное охлаждение. Проектирование и создание магнита и его компонентов обошлось разработчикам более чем в 1 млн. USD.

Рис. 2. Сверхпроводящий магнит VX-200 производства Scientific Magnetics Ltd.

После доставки магнита на полигон (рис. 3) объединённая команда разработчиков из AARC и Scientific Magnetics Ltd. подвергла его двум недельным комплексам стендовых испытаний термических и магнитных параметров. Было установлено, что при рабочей температуре он способен создавать и поддерживать требуемое магнитное поле (2 Тл на оси). Расхождение между измеренными и запланированным характеристиками было небольшим и находилось в допустимых пределах – менее 0,3%.

Рис. 3. Монтаж сверхпроводящего магнита VX-200 на полигоне AARC и проведение испытаний.

Успешные стендовые испытания VX-200 являются последним шагом перед установкой его на двигатель VASIMR и открывают дорогу к проведению полномасштабных испытаний самого двигателя, намеченных на май 2009 года (о результатах этих испытаний пока не сообщалось). Результаты тестов магнитоплазменного двигателя, оборудованного магнитом VX-200, дадут AARC необходимые данные для создания двигателя VF-200, который, как ожидают разработчики, может быть использован на реальных космических аппаратах.

Следует отметить, что для испытаний плазменной системы VASIMR во время доставки и проверки магнита VX-200 использовался охлаждаемый водой магнит меньшей мощности VX-200i (индекс “i” означает interim, то есть, временный). Этот магнит, совпадающий по своим габаритным характеристикам с VX-200, являлся временной заменой, используемой AARC для того чтобы уложиться в запланированные сроки. Замена временного магнита на сверхпроводящий проводилась в марте 2009 г.

Работы над VASIMR были инициированы в NASA бывшим астронавтом Франклином Чанг-Диазом. Идея создания плазменной тяги для ракет возникла у него в 1979 году. Путь VASIMRа не был простым – Чанг-Диазу постоянно приходилось бороться за выживание проекта в рамках постоянно снижающегося финансирования и в 2005 г. Чанг-Диаз уходит из NASA и создаёт Ad Astra Rocket Company, которая в настоящее время и является пионером магнитоплазменных технологий для двигателей космических аппаратов.

В то же время сотрудничество NASA и Ad Astra Rocket Company не прекращалось: в обозримом будущем организации планируют подписать договор, согласно которому, магнитоплазменный двигатель будет испытан на МКС. Однако даже приблизительные сроки доставки на МКС и ввода в действие двигателя VASIMR пока не сообщаются.

Финансирование проекта по созданию двигателя осуществлялось AARC, в основном, за счет частных вложений. Кроме того, значительное количество дополнительных денежных ресурсов компании удалось привлечь, используя собственные наработки в плазменных технологиях, в частности, от технологии плазменного травления в микроэлектронике. AARC также активно сотрудничает с компаниями, специализирующимися на плазменном разрушении промышленных высокотоксичных химических и медицинских отходов.

М.П. Смаев

  1. http://www.adastrarocket.com/.
  2. Superconductor Week, 23, no. 6, 1 (2009).
Главная | Новости | Бюллетень | Конференции | Поиск публикаций в базе данных | Новое в базе данных
Российские организации | Энциклопедия | Цели сайта | Контакты | Полезные ссылки | Карта сайта | Помощь

© Copyright 2006-2012. Использование материалов сайта возможно только с обязательной ссылкой на сайт.
Свои замечания и пожелания вы можете направлять по адресу perst@isssph.kiae.ru
Техническая поддержка Alexey, дизайн Teodor.