ЭРД_Часть2

1.

2.

Структурная схема КА с ЭРДУ
Полезная
нагрузка
Источник
массы
Источник
энергии
Ускоритель

3.

Полет к Астероиду 1992 KD
(миссия Deep Space1)
24 октября 1998 г. со стартовой площадки «Мыс Канаверал» ракетой-носителем Delta 2 была запущена
американская экспериментальная АМС Deep Space 1 (DS1).
Скорость станции относительно Земли после прекращения работы двигателя РБ составила 11.0 км/с.
Первая телеметрия, принятая с КА, показала, что все системы аппарата работают штатно.

4.

Полет к Астероиду 1992 KD
(миссия Deep Space1)
Габаритные размеры –
2.1x1.7x2.5 м;
Размах развернутых солнечных
панелей – 11.8 м.
Масса:
полная – 486.3 кг;
сухая – 373.7 кг;
гидразин – 31.1 кг;
ксенон – 81.5 кг.
Максимальная мощность,
снимаемая с обеих солнечных
панелей – 2400 Вт.

5.

Полет к Астероиду 1992 KD
(миссия Deep Space1)
Deep Space 1 – первый КА, использующий ионную ДУ в
качестве основного движителя.
Запас рабочего тела составляет 16.5% стартовой массы, но
только в течение основной миссии аппарат должен
получить суммарное приращение скорости более 3.5 км/с.
Электрическое поле разгоняет ионы до скорости 30.5 км/с,
Масса двигателя DS1 – 48 кг,
Диаметр сопла – 30 см.
Ксенон хранится на борту в сверхкритическом состоянии
под давлением свыше 70 атм и легко газифицируется.
Минимальная тяга двигателя составляет 20 мН (2 гс) при
потребляемой мощности 500 Вт.
Максимальная тяга в 90 мН (9 гс – вес листа бумаги!) ДУ
потребляет около 2500 Вт.
Ограничение по мощности = 2300 Вт.

6.

Полет к Астероиду 1992 KD
(миссия Deep Space1)
Астероид 9969 Брайля в
изображении DS1
Комета Borrelly за 160
секунд до ближайшего
сближения с DS1

7.

Полет к Луне (миссия Smart 1)
«Смарт-1» (SMART-1) — первая
автоматическая станция Европейского
космического агентства для
исследования Луны. (2003…2006 г.)
Аппарат создан по заказу ЕКА Шведской
космической корпорацией при участии
почти 30 субподрядчиков из 11
европейских стран и США. Общая
стоимость проекта составила 110 млн.
евро.

8.

Полет к Луне (миссия Smart 1)

9.

Полет к Луне (миссия Smart 1)
1 — спектрометр SIR; 2 — солнечные
датчики; 3 — аппаратура SPEDE; 4 —
камера AMIE; 5 — рентгеновский
спектрометр D-CIXS; 6 — связная
антенна; 7 — датчики EPSP; 8 —
топливный бак для двигателей системы
ориентации и стабилизации; 9 —
звездный датчик; 10 — привод СБ; 11 —
приемопередатчики диапазона S; 12 —
система управления ЭРД; 13 —
микроЖРД системы ориентации и
стабилизации;
14 — ЭРД с механизмом поворота

10.

Полет к Луне (миссия Smart 1)
ДУ
PPS-1350
разработана
Snecma
Moteurs
в
сотрудничестве
с
российским
ОКБ
«Факел»
(Калининград) на базе двигателя СПД-100 и была впервые
установлена на экспериментальном КА Stentor, потерянном
в результате аварийного запуска 11 декабря 2002 г.
В 1993 г. ОКБ «Факел», Space Systems/Loral, Snecma
Moteurs и Atlantic Research Corp. образовали совместное
предприятие International Space Technology Inc. с целью
маркетинга российского стационарного плазменного
двигателя СПД-100 (SPT-100).
К настоящему времени эти двигатели установлены не
только на отечественных КА «Галс» и «Экспресс» и
российско-французском SESat'е, но и на ряде зарубежных
геостационарных аппаратов (Stentor, Intelsat X и др.).
R = 80 мН, P = 16.5 км/с, Id = 4А, Ud = 300 В, G = 4.5 мг/с

11.

Полет к Луне (миссия Smart 1)
Аппарат был запущен 27 сентября 2003 года
ракетой-носителем «Ариан-5» в качестве попутной
нагрузки при выведении спутников связи на ГСО.
25 января 2005 года на Землю были отправлены
первые снимки лунной поверхности, выполненные
«Смарт-1» с близкого расстояния.
27 февраля 2005 года спутник достиг своей
конечной цели — он стал искусственным
спутником Луны, с периодом обращения около 5
часов.
3 сентября 2006 аппарат завершил свою миссию.
Он был сведён с орбиты и разрушился при ударе о
поверхность Луны.

12.

Полет к Луне (миссия Smart 1)

13.

Полеты к Луне (будущее)
Лунный
лифт
Лунные обитаемые базы

14.

Полет к Марсу

15.

16.

17.

Технические характеристики
Масса
572 кг
Мощность
70 Ватт

18.

«Кьюрио́ сити» (англ. Curiosity, — любопытство, любознательность) — марсоход третьего поколения
размером с автомобиль, разработанный для исследования кратера Гейла на Марсе в рамках миссии
NASA Марсианская научная лаборатория.
Curiosity был запущен с мыса Канаверал 26 ноября 2011 года и приземлился на Aeolis Palus внутри
Гейла на Марсе 6 августа 2012 года.

19.

20.

21.

22.

На ксеноне:
Уд. Импульс 7000 сек
Масса ксенона = 60 тонн.!!!
Масса на опорной орбите = 200 тонн
(РН «Энергия» - 100 т.)
Мощность ЭРДУ = 2 МВт
В России уровень годового
промышленного производства
чистого ксенона составляет около
1500 м3.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

Полет к Марсу (сегодня и завтра)
Исторически самый короткий по времени
полет к Красной планете произошел в
1969 году. Аппарат Маринер-6 достиг ее за
131 сутки.
Mars One планирует высадить первых людей на
планету в 2027 году.
Space X, предположительно, доставит человека
на Марс в 2024 году.
«Как только будет сконструирована
ядерная ЭРДУ, а это планируется в 2023
году, первые российские космонавты
смогут отправиться на Марс».

30.

Межпланетный, орбитальный буксир
ТЭМ создаётся как транспортное средство для решения большого спектра задач, в том числе для
доставки грузов на орбиту Луны, геостационарную орбиту (ГСО), траектории к планетам Солнечной
системы, в том числе к Марсу, а также для борьбы с мусором на орбите Земли.
Срок эксплуатации – 10 лет!!!

31.

32.

33.

Коррекция орбиты спутников Земли

34.

Коррекция орбиты по широте
Изменение наклонения орбиты искусственного
спутника — орбитальный манёвр, целью которого (в
общем случае) является перевод спутника на орбиту с
другим наклонением.
Изменение наклонения орбиты к экватору производится
включением ракетного двигателя в восходящем узле
орбиты (над экватором).
Энергетически емкая операция!!!

35.

Коррекция орбиты
(потребные запасы топлива)

36.

Коррекция орбиты спутников Земли
(схемы установки двигателей коррекции)
КА «СЕСАТ»

37.

Коррекция орбиты спутников Земли
(схемы установки двигателей коррекции)
КА «Ямал-100»

38.

Коррекция орбиты спутников Земли
(схемы установки двигателей коррекции)
КА «Экспресс-АМ5»

39.

Коррекция орбиты спутников Земли
(ЭРД для тяжелых КА)

40.

Коррекция орбиты спутников Земли
(ЭРД для МКА)

41.

Довыведение
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ДОВЫВЕДЕНИЯ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА
ГЕОСТАЦИОНАРНУЮ ОРБИТУ
Г.А. Попов В.Г. Петухов

42.

Разгонный блок «БРИЗ-М»
Разгонный блок «Бриз-М» может быть использован в составе
ракет-носителей «Протон-М», «Ангара».
Блок обеспечивает выведение полезной нагрузки на низкие,
средние, высокие орбиты и ГСО.
Применение разгонного блока «Бриз-М» совместно с РН
«Протон-М» позволяет увеличить массу полезной нагрузки,
выводимой на геостационарную орбиту, до 3,7 тонн, а на
переходную орбиту более 6,0 тонн.

43.

Прямое выведение с малой тягой на ЭРДУ

44.

Комбинированная схема выведения

45.

Комбинированная схема выведения

46.

47.

48.

Увод КА на орбиту захоронения

49.

Круговая орбита

50.

Характеристическая скорость увода

51.

Очистка околоземного космического
пространства от крупногабаритных ОКМ
Причины
засорения
околоземного
космического
пространства:
запуски космических аппаратов являются основной
причиной
засорения околоземного
пространства
объектами искусственного происхождения.
разрушение спутников по различным причинам.
соударения и дробления обломков на более мелки части.
операционный мусор - отделении спутников от
последних ступеней ракет-носителей.
51

52.

Крупногабаритные объекты космического
мусора
52

53.

54.

55.

56.

Схема увода объектов космического
мусора ионным пучком
СКА
Квазинейтральный
ионный пучок
ОКМ
56

57.

Схема увода объектов космического
мусора ионным пучком
57

58.

Параметры ионного пучка
Πi = ji/UΣ3/2 = 1,9×10-8 А/м2В3/2
Ионный ток пучка – 0.5А, энергия ионов – 4 кэВ (ксенон), полууглы продольной и
поперечной расходимости пучка составляют 0.3 и 3 , соответственно, тяга
источника P = 52 мН.
58

59.

Схема увода объектов космического
мусора ионным пучком
Ориентация пучка
не оказывает
влияния на
эффекты
воздействия
Широкий пучок
Ориентация пучка
оказывает влияние
на эффекты
воздействия
Узкий пучок
• Широкий пучок: коэффициент использования << 1, но возмущающие моменты меньше за
счет более равномерного распределения нагрузки по поверхности ОКМ
• Узкий пучок: коэффициент использования 1, но поскольку точное прицеливание на ЦМ
ОКМ практически невозможно, могут возникать значительные возмущающие моменты
59

60.

60

61.

Преимущества и недостатки ЭРД
ЭРД набирают скорость медленнее термических. Тем не
менее благодаря парадоксу «чем медленнее, тем быстрее»
они позволяют достичь далеких целей в более короткий срок,
так как в итоге при одной и той же массе топлива разгоняют
космический аппарат до скорости значительно большей, чем
двигатели на химическом топливе. Это позволяет избежать
траты времени на отклонения к телам, обеспечивающим
эффект гравитационной рогатки.