Ионные двигатели схемы Кауфмана, двигатели NSTAR, NEXT, NEXIS, T-6

1. Ионные двигатели схемы Кауфмана, двигатели NSTAR, NEXT, NEXIS, T-6

Выполнил: Тяпкин Алексей
Группа: Э8-101

2. Принципиальная схема электростатического ионного двигателя

3. Ионный двигатель схемы Кауфмана

1 – катод
2 – анод
3 – разрядная
камера
4 – магнитная
катушка
5 – ФЭ
6 – УЭ
7 – ЗЭ
8 – КК

4. Конструкция ИД схемы Кауфмана

10 – Ионный двигатель
12 – Корпус
14 – Задний фланец
16 – Ускоряющая система
18 – Трубопровод
20 – Цилиндрический анод
22 – Стена разрядной
камеры
24 – Термокатод
26, 28 – Токоподводы для
термокатода
30, 32 – Изоляторы
34 – Кольцевой зазор
36 – Изолятор
38 – Магнитная катушка

5. Различные варианты подвода р.т.

40, 44 – Сетки
42 – Кольцевая пластина
46, 50, 52 – Центрирующие
изоляторы
48 – Крепежная скоба
54, 60 – Кольцевые
пластины
56 – Кольцевой выступ
58 – Трубчатый элемент
62 – Электропроводящие
стержни
64, 66 – изоляторы
68 – Кольцевая пластина
70 – Фланец

6. Расчет ионного двигателя

7.

8. Ионный двигатель NSTAR

В 1998 г. стартовал первый
межпланетный проект “Deep Space 1”, в
котором использовались ИД схемы
Кауфмана
в
качестве
маршевого
двигателя. Это был 30-сантиметровый
ИД, названный NSTAR (NASA Solar
Electric
Propulsion
Technology
Application Readiness). В соответствии с
задачами полета, для достижения
астероида Брайле двигатель отработал
16 265 часов, создав требуемое
приращение
характеристической
скорости КА.
При этом полный расход ксенона
составил только 12 кг. На орбите Земли
максимальная
мощность
двигателя
составляла 2,3 кВт, тяга 92 мН,
удельный импульс 33 000 м/с. Полная
наработка
двигателя
в
процессе
стендовых испытаний составила 26 000
часов.

9. NSTAR, установленный на “Deep Space 1”

10.

11.

12.

13.

14. Зависимость тяги от мощности

15. Радиальное распределение плотности тока

16. Ионный двигатель NEXT

Двигатель NEXT пришел на
замену двигателя NSTAR, как
более совершенный по своим
характеристикам
и
более
дешевый.
Данный
двигатель
установил мировой рекорд по
продолжительности
работы
среди космических двигателей
любого типа. Он проработал
более 48 000 часов без
перерыва. За это время он
израсходовал 870 кг Xe.
Диаметр – 50 см.
Тяга – 26 … 237 мН.
Мощность – 0,5 … 6,9 кВт.
Удельный импульс – до 4190 с.

17. Схема ионного двигателя NEXT

18.

19. Характеристики двигателя в разных режимах работы

20. Радиальное распределение плотности тока (20 мм от двигателя)

21. Износ сеток двигателя NEXT

22. Ионный двигатель NEXIS

Данный
двигатель
был
разработан
для
программы
«Прометей».
«Прометей»
(Prometheus)
—
программа
НАСА,
предусматривавшая разработку
ядерной двигательной установки
для
космических
аппаратов.
Реализация
проекта
была
прекращена
из-за
нехватки
средств. В рамках программы
предусматривался запуск в 2016
году
космического
аппарата,
который исследовал бы спутники
Юпитера.
Диаметр – 65 см.
Тяга – до 600 мН.
Мощность – до 25 кВт.
Удельный импульс – 6000…9000 с.

23. Конфигурация магнитного поля в ИД NEXIS

24. Изменение характеристик ИД NEXIS в течение испытаний

25. Износ частей двигателя после 2000-часовых испытаний

Износ частей двигателя после 2000часовых испытаний

26. Ионный двигатель T6

Ионный двигатель Т6 был разработан для
КА “Bepi Colombo”. Двигательная установка
“Bepi
Colombo”
двигателей
Т6.
состоит
из
4
Космический
ионных
аппарат
“BepiColombo” доставит к Меркурию два
отдельных орбитальных аппарата, первый
будет выполнять съемку и картографирование
поверхности,
второй
будет
заниматься
изучением
магнитосферы
планеты.
ожидается,
“BepiColombo”
доберется
Как
до
Меркурия в 2019 году и начнет передавать на
Землю научные данные о составе планеты.
Тяга – 75 … 145 мН. Диаметр – 22 см.
Мощность – 2,5 … 4,5 кВт.
Удельный импульс – до 4300 с.

27.

28.

29.

30. Параметры ИД Т6

31. Зависимость удельного импульса и потребляемой мощности от тяги

32. Характеристики различных ионных двигателей

33.

34. Список использованных источников

1.
John R. Brophy, Roy Y. Kakuda, James E. Polk, John R. Anderson, Michael G. Marcucci, David
Brinza, Michael D. Henry, Kenneth K. Fujii, Kamesh R. Mantha, John F. Stocky. “Ion Propulsion
System (NSTAR) DS1 Technology Validation Report”
2.
IEPC-2007-033
3.
IEPC-2007-276
4.
IEPC-2009-154
5.
IEPC–2009–163
6.
IEPC-2013-121
7.
AIAA–2008–4812
8.
AIAA–2010–6701
9.
AIAA 2010-7114
10.
JANNAF 1211