ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СПОСОБ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ДВИЖУЩЕЙ ПЛАЗМЕННОЙ ТЯГИ

ECR
1. Плазменный двигатель (2, 120), содержащий разрядную камеру (6), имеющую внутреннюю полость (14) и выходное отверстие (48); по меньшей мере, одно средство (10, 12) инжекции, содержащее инжекционное сопло (65), выполненное с возможностью инжекции в разрядную камеру (6) газообразного рабочего тела вдоль заданной оси (А-А), при этом указанное инжекционное сопло (65) имеет выходной конец (165); генератор (50, 52, 54, 58) магнитного поля, выполненный с возможностью приведения в циклотронное вращение электронов газообразного рабочего тела, присутствующего в разрядной камере (6); и генератор (38) электромагнитной волны, выполненный с возможностью облучения газообразного рабочего тела, присутствующего в разрядной камере (6), посредством генерирования, по меньшей мере, одной электромагнитной волны, электрическое поле которой имеет правую круговую поляризацию и частоту, равную частоте f циклотронного резонанса электронов газообразного рабочего тела, намагничиваемых указанным генератором (50, 52, 54, 58) магнитного поля, отличающийся тем, что:
генератор (50, 52, 54, 58) магнитного поля выполнен с возможностью:
генерировать магнитное поле, имеющее:
- первый локальный максимум (А) напряженности, находящийся внутри инжекционного сопла (65) и на выходном конце (165) инжекционного сопла (65);
- линии (68) поля, которые образуют поверхность изополя, называемую "поверхностью ECR", с напряженностью, равной напряженности, обеспечивающей циклотронный резонанс электронов под действием указанной электромагнитной волны, при этом указанная поверхность ECR охватывает выходной конец (165) указанного инжекционного сопла (65), а объем, ограничиваемый этой поверхностью ECR, является резонатором электромагнитной волны;
- второй локальный максимум (С) напряженности магнитного поля внутри инжекционного сопла (65), отделенный от первого локального максимума (А) локальным минимумом (В) напряженности магнитного поля внутри указанного сопла (65);
и придавать указанным линиям поля (68) форму реактивного сопла для создания диамагнитной движущей силы;
при этом указанное средство инжекции (10):
- выполнено из электропроводящего материала и электрически соединено с генератором (38) электромагнитной волны так, чтобы работать также в качестве электромагнитной антенны (39), излучающей указанную электромагнитную волну в
газообразное рабочее тело на уровне выхода указанного инжекционного сопла (65);
- выполнено из магнитного проводящего материала с возможностью получения внутри этого материала указанного второго локального максимума (С) напряженности магнитного поля;
- содержит на выходном конце указанного инжекционного сопла (65) инжекционный канал (10) с наружным диаметром менее нескольких миллиметров.
2. Плазменный двигатель (2, 120) по п. 1, отличающийся тем, что генератор (50, 52, 54, 58) магнитного поля содержит в качестве источника магнитного поля, по меньшей мере, один постоянный магнит (50) тороидальной формы, расположенный коаксиально с заданной осью (А-А) и имеющий первый магнитный полюс (64) и второй магнитный полюс (66), первый магнитный элемент (52, 54), неподвижно соединенный с первым магнитным полюсом (64), и второй магнитный элемент (58), неподвижно соединенный со вторым полюсом (66), при этом указанные первый (64) и второй (66) магнитные полюса расположены на первом расстоянии (D1) и соответственно на втором расстоянии (D2) от заданной оси (А-А), причем второе расстояние (D2) является более длинным, чем первое расстояние (D1), при этом первый магнитный полюс (64) и второй магнитный полюс (66) расположены на входе и соответственно на выходе инжекционного сопла (65) относительно направления (F1) потока газообразного рабочего тела, при этом линии (68) поля пересекают инжекционное сопло (65) и образуют угол от 10° до 70° с указанной заданной осью (А-А).
3. Плазменный двигатель (2, 120) по п. 1, отличающийся тем, что определенная вдоль заданной оси (А-А) длина внутренней полости (14) разрядной камеры (6) в 5-10 раз меньше половины длины указанной электромагнитной волны в вакууме, при этом разрядная камера (6) имеет внутреннее сечение, составляющее от 0,7 квадратных сантиметров до 30 квадратных сантиметров, при этом центральный инжекционный канал (10) имеет внутреннее сечение, составляющее от 0.7 квадратных миллиметром до 3 квадратных миллиметров.
4. Плазменный двигатель (2, 120) по п. 1, отличающийся тем, что значения напряженности магнитного поля указанных первого локального максимума (А), локального минимума (В) и второго локального максимума (С) соответственно равны приблизительно 0,18 тесла, 0,01 тесла и 0,05 тесла.
5. Плазменный двигатель (2, 120) по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что указанная электромагнитная волна распространяется вдоль оси, параллельной заданной оси (А-А), при этом на уровне заданной оси (А-А) градиент магнитного поля является параллельным заданной оси, причем указанный градиент магнитного поля является
отрицательным от входа к выходу в направлении, определенном направлением выброса газообразного рабочего тела.
6. Плазменный двигатель (2, 120) по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что, содержит устройство (42) модуляции мощности электромагнитной волны и устройство (32) управления расходом газообразного рабочего тела, при этом указанная мощность электромагнитной волны находится в пределах от 0,5 ватт до 300 ватт и предпочтительно от 0,5 ватт до 30 ватт в первом режиме работы.
7. Плазменный двигатель (120) по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что содержит циркулятор (80), расположенный на выходе указанного генератора (38) электромагнитной волны, и электропроводящую цилиндрическую муфту (85), расположенную на выходе плоскости, образованной выходным отверстием (48) и называемой выходной плоскостью (D-D) плазменного двигателя (120), диаметр которой по существу равен четверти длины электромагнитной волны и длина которой по существу равна трем четвертям длины электромагнитной волны.
8. Плазменный двигатель (2, 120) по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что содержит, два средства (10, 12) инжекции, коаксиальные с осью (А-А), при этом одно из них питает поверхность ECR ионизируемым газом, а другое увеличивает тягу за счет расхода газа и работы в электродуговом режиме.
9. Способ генерирования тяги при помощи плазменного двигателя (2, 120), включающий следующие этапы, на которых:
- инжектируют (104) газообразное рабочее тело вдоль заданной оси (А-А) в разрядную камеру (6), содержащую внутреннюю полость (14) и выходное отверстие (48), при помощи, по меньшей мере, одного средства (10, 12) инжекции, содержащего выходной конец, называемый инжекционным соплом (65);
- генерируют (90) при помощи генератора (50, 52, 54, 58) магнитного поля магнитное поле (63), которое может приводить в циклотронное вращение электроны газообразного рабочего тела, присутствующего в разрядной камере (6);
ECR
- излучают (100) в газообразное рабочее тело, присутствующее в разрядной камере (6), при помощи генератора (38) электромагнитной волны, по меньшей мере, одну электромагнитную волну, электрическое поле которой имеет правую круговую поляризацию и частоту, равную частоте f циклотронного резонанса электронов газообразного рабочего тела, намагничиваемых указанным генератором (50, 52, 54, 58) магнитного поля;
- возбуждают (101) плазму посредством ионизации газообразного рабочего тела;
- поддерживают (103) плазму за счет циклотронного резонанса электронов;
отличающийся тем, что:
- возбуждение (101) плазмы осуществляют за счет микроразряда с полым катодом при помощи средства (10) инжекции, которое выполнено из магнитного материала и содержит на выходном конце своего инжекционного сопла (65) инжекционный канал (10) с наружным диаметром, меньшим нескольких миллиметров;
- инжекцию (104) газообразного рабочего тела и излучение (100) электромагнитной волны осуществляют при помощи одного и того же средства (10, 12) инжекции и в одном и том же месте разрядной камеры, при этом указанное средство (10, 12) инжекции выполнено из электропроводящего материала и электрически соединено с генератором (50, 52, 54, 58) электромагнитной волны для излучения электромагнитной волны в газообразное рабочее тело на выходе газа из указанного инжекционного сопла (65) так, чтобы максимизировать интенсивность ионизации выходящего из него газообразного рабочего тела;
- указанное генерирование (90) магнитного поля осуществляют так, что:
магнитное поле имеет:
- первый локальный максимум (А) напряженности, находящийся внутри инжекционного сопла (65) и на выходном конце (165) инжекционного сопла (65);
- линии (68) поля, которые определяют поверхность изополя, называемую поверхностью ECR, с напряженностью, равной напряженности, обеспечивающей циклотронный резонанс электронов под действием указанной электромагнитной волны, при этом указанная поверхность ECR охватывает выходной конец (165) указанного инжекционного сопла (65);
- второй локальный максимум (С) напряженности магнитного поля внутри инжекционного сопла (65), отделенный от первого локального максимума (А) локальным минимумом (В) напряженности магнитного поля внутри указанного инжекционного сопла (65);
магнитное поле придает указанным линиям поля форму реактивного сопла для генерирования диамагнитной силы;
- поддержание (103) плазмы за счет циклотронного резонанса электронов осуществляют при помощи резонанса электромагнитной волны в объеме, ограниченном поверхностью ECR.
10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что плазменный двигатель (2, 120) дополнительно содержит устройство (42) модуляции электромагнитной волны, устройство (32) управления расходом газа и периферический инжекционный канал (12), выполненный с возможностью инжекции газообразного рабочего тела в разрядную
камеру (6), при этом способ содержит следующие этапы, на которых:
- производят инжекцию (108) газообразного рабочего тела в разрядную камеру (6) через периферический инжекционный канал (12);
- регулируют (110) расход газообразного рабочего тела, инжектируемого в разрядную камеру (6) через периферический инжекционный канал (12);
- осуществляют модуляцию (112) электромагнитной волны.