АНОД ЭЛЕКТРОРАКЕТНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ЗАМКНУТЫМ ДРЕЙФОМ ЭЛЕКТРОНОВ
ROCKET ELECTRIC ENGINE ANODE WITH CLOSED ELECTRON DRIFT

Изобретение относится к области электроракетных двигателей.
Известен анод электроракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов [1], включающий корпус и входной и выходной коллекторы, при этом входной коллектор связан с анодной магистралью и имеет отверстия, сообщающие его с выходным коллектором, снабженным системой отверстий.
Недостатком известного анода является то, что существует вероятность нарушения герметичности газоподвода или попадания в газоподвод или анод посторонних частиц, что приводит к снижению надежности анода из-за возможного отказа его блока.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение заключается в увеличении ресурса, уменьшении массы и повышении надежности анода.
Указанный технический результат достигается тем, что анод электроракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, включающий корпус и входной и выходной коллекторы, при этом входной коллектор связан с изолированными друг от друга анодными магистралями и имеет отверстия, сообщающие его с выходным коллектором, снабженным системой отверстий. Новым является то, что входной коллектор выполнен в виде двух пневматически изолированных коллекторов, герметично соединенных с соответствующими изолированными друг от друга анодными магистралями, при этом каждый из входных коллекторов снабжен отверстиями, сообщающими их с выходным коллектором.
На фиг.1 приведена пневмосхема известного тягового модуля (ТМ), содержащего известный анод.
На фиг.2 показана пневмоэлектрическая схема известного тягового модуля, содержащего предложенный анод.
На фиг.3 приведена конструкция анода.
Тяговый модуль состоит из стационарного плазменного двигателя 1 (СПД) и блока газораспределения 2 (БГР).
В состав СПД входят анод 3, катоды 4 и магнитная система 5 (см. фиг.2). Каждый катод включает поджигной электрод 6 и нагреватель 7.
БГР 2 содержит клапаны, например электроклапаны 8, регулируемые дроссели, например термодроссели 9, число которых равно количеству катодов, нерегулируемые дроссели (жиклеры) 10, пневматически изолированные друг от друга катодные магистрали 12, каждая из которых пневматически связана с соответствующей анодной магистралью 13, образуя две пневматически развязанные пары катод-анодных магистралей.
Каждый из регулируемых дросселей 9 установлен между местом пневматической стыковки 11 анодного и соответствующего катодного трубопроводов и нерегулируемым дросселем 10 анодной магистрали.
Изображенный на фиг.3 анод 3 состоит из корпуса 14, двух пневматически изолированных друг от друга (до входа в анод) входных коллекторов 15 и выходного коллектора 17. При этом входные коллекторы 15 с одной стороны герметично соединены с соответствующими анодными магистралями 13 и с другой стороны имеют систему отверстий 16, сообщающих входные коллекторы 15 с выходным коллектором 17, снабженным системой выходных отверстий 18.
Анод с тяговым модулем работают следующим образом.
Предварительно разогревают выбранный катод 4 с помощью нагревателя 7 и включают дежурный режим термодросселя 9. Открывают электроклапаны 8 выбранного катода 4. Подают напряжение на анод-катод и поджигной электрод 6 СПД. При этом термодроссель 9 работает в дежурном режиме, обеспечивающем повышенный расход рабочего тела (ксенона) в анод.
2
При достижении значения тока разряда 0,8 А термодроссель переводится в рабочий режим, а при возрастании тока разряда до величины 0,8 от номинального значения отключают поджиг и нагрев катода. При этом термодроссель регулирует расход рабочего тела только в соответствующий коллектор 15 анода 3, поддерживая номинальное значение тока разряда. Расход рабочего тела в катод практически сохраняется постоянным, и поэтому колебания тока разряда не могут уменьшить величину расхода рабочего тела в катод до предельных значений, приводящих к отключению разряда ТМ, т.к. расход рабочего тела в катод определяется в основном давлением рабочего тела в коллекторе СХП, которое поддерживается постоянным. В частности, для электроракетной двигательной установки (ЭРДУ) «Ямал» оно составляет 1,75±0,1 кгс/см.
В таком тяговом модуле выше надежность анодного блока, благодаря наличию двух пневматически изолированных анодных магистралей 13. Наличие двух анодных магистралей позволит уменьшить количество сварных швов, что также повысит надежность тягового модуля.
Кроме того следует отметить, что допускается более широкий диапазон регулирования расхода рабочего тела в анод, т.к. при поддержании постоянного расхода рабочего тела в катод регулирование расхода в анод не влияет на работоспособность катода.
Литература
1. Boris Arkhipov et. al., U.S. Patent №5,359,258 (Oct.25, 1994) «Plazma Accelerator with Closed Electron Drift».
2. Агеев В.П. и др. Длительная эксплуатация электроракетных двигателей в составе геостационарного информационного космического аппарата «Ямал». Ракетно-космическая техника. Серия XII. Выпуск 1-2. Часть 4. Г.Королев. РКК "Энергия", 2003. С.7-10.
3. Boris Arkhipov et. al., U.S. Patent №5,359,254 (Oct.25, 1994) «Plazma Compensator Cathode».
4. Архипов Б.А. «Исследование и разработка катодов нового поколения для СПД», Автореферат диссертации на соискание ученой степени д.т.н., г.Калининград, 1998 г.