Stationær plasmamotor ( SPD ) er en elektrostatisk raketmotor baseret på Hall-effekten med udstrømning af neutralt plasma, udviklet på Fakels eksperimentelle designbureau med videnskabelig støtte fra IAE opkaldt efter A.I. I.V. Kurchatova , MAI og NII PME [1] .
Den stationære plasmamotor er en elektrostatisk Hall-effekt raketmotor med xenon som arbejdsvæske . Dens driftsprincip er baseret på vekselvirkningen af ladede plasmapartikler med langsgående elektriske og tværgående magnetiske felter; det er en motor med en lukket elektrondrift og en udvidet accelerationszone [1] .
Xenonplasma dannes i motoren på grund af gasudledningen i udledningskammerets koaksiale kanal. På grund af de fysiske træk ved udladningen med en lukket elektrondrift sker der næsten fuldstændig ionisering af arbejdsvæsken. Ioner accelereres i et elektrisk felt langs udledningskammeret, som følge heraf strømmer en rettet strøm af ioner (plasmajet) ud af kammeret, hvilket skaber reaktivt tryk [1] .
Plasmaelektroner driver i azimut og ioniserer xenonatomer, nogle af dem falder på anoden, og den anden del går sammen med ionerne ind i plasmastrålen. Ved udgangen fra udladningskammeret kompenserer elektronerne det elektriske potentiale af ionstrømmen og rumladningen, således at betingelsen om lighed med nul af den totale elektriske strøm af plasmastrålen, der strømmer fra motoren, automatisk er opfyldt. På grund af dette afviger rumfartøjets elektriske potentiale kun lidt fra potentialet i det omgivende rum [1] .
Udstødningshastigheden, trykkraften og strømforbruget af plasmastrålen ved udgangen fra motoren bestemmes af den potentialforskel, som ionerne passerer i accelerationsgabet mellem anoden og katoden. Drivkraft afhænger også af forbruget af arbejdsvæsken (xenon). For en stationær plasma-thruster er drivkraften næsten direkte proportional med forbruget af arbejdsvæsken [1] .
På grund af kraftens stærke afhængighed af strømningshastigheden af arbejdsfluidet er det, når der skabes en effektiv laveffekt stationær plasmamotor, vanskeligt at tilvejebringe det nødvendige magnetfelt i accelerationskanalen af en sådan motor{{sfn|Kim| .
Ideen om at skabe en SPD blev foreslået af A.I. Morozov i begyndelsen af 1960'erne. I 1968 tog akademiker A.P. Aleksandrov og chefdesigner A.G. Iosifyan en historisk beslutning om at skabe et korrigerende fremdriftssystem (KDU) med SPT. Udviklingen af den første KDU og dens integration i Meteor-rumfartøjet blev udført i tæt samarbejde med grupper af videnskabsmænd og specialister fra Institut for Atomenergi opkaldt efter V.I. I. V. Kurchatova (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubsky), OKB Zarya (L. Novoselov) og VNIIEM (Yu. Rylov). I december 1971 blev fremdriftssystemet med SPT - KDU "Eol" med succes lanceret i rummet som en del af rumfartøjet "Meteor". I februar-juni 1972 blev de første indeslutninger og test udført, som demonstrerede SPT's funktionalitet i rummet og kompatibilitet med rumfartøjer i kredsløb nær Jorden. Banehøjden blev hævet med 17 km.
I 1974 blev Eol plasmamotoren testet med succes. I begyndelsen af 1980'erne begyndte Fakel Design Bureau i Kaliningrad at masseproducere SPD-50, SPD-60, SPD-70 motorer [2] . I 1982 blev den første satellit fra SPD-70, Geyser nr. 1, opsendt, i 1994 blev Gals-1 kommunikationssatellitten udstyret med en ny SPD-100 model.
Siden 1995 har SPT været brugt i korrektionssystemerne i en række forbundne geostationære rumfartøjer som Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat udviklet af NPO Applied Mechanics og siden 2003 - som en del af udenlandske geostationære satellitter af Inmarsat - typen , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 for at løse problemerne med at bringe til " operationspunktet ", stabilisere positionen på dette tidspunkt, ændre "driftspunktet" om nødvendigt og trække sig tilbage fra det ved slutningen af driften.
I januar 2012 var i alt 352 SPT-motorer blevet installeret på rumfartøjer opsendt i rummet [3] .
Specificiteten af denne motor, såvel som andre elektriske raketmotorer , er en væsentligt højere hastighed for udløbet af arbejdsvæsken sammenlignet med de tidligere anvendte kemiske motorer , hvilket gør det muligt at reducere reserverne af arbejdsvæsken, der er nødvendig for at løse ovenstående problemer. Dets brug som en del af geostationære rumfartøjer giver mulighed for at øge masseandelen af måludstyret og perioden for deres aktive eksistens op til 12-15 år. På grund af dette øges effektiviteten af KA betydeligt.
OKB "Fakel" producerer forskellige motorer, der adskiller sig i trækkraft, vægt og størrelsesegenskaber, strømforbrug til forskellige rumfartøjer [4] .
| Model | Formål | Thrust, mN | effekt, kWt | Specifik impuls, s | Trækeffektivitet, % | Ressource, h | Vægt, kg | Eksempler på KA [3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPD-290 | march- og transportopgaver af tunge rumfartøjer med et højt kraft-til-vægt-forhold | op til 1500 | 5-30 | op til 3300 | op til 65 | 27.000 | 23 | som en del af det nukleare elektriske fremdrivningsanlæg af megawatt-klassen [5] [1] [6] |
| SPD-230 | øvre trin for at bringe rumfartøjet fra en meget elliptisk løfteraket ind i en geostationær bane | op til 785 | op til 15 | op til 2700 | op til 60 | — | 25 | |
| SPD-200 | yderligere opstigning af et rumfartøj fra en stærkt elliptisk opsendelsesbane til en geostationær bane som en del af et øvre trin baseret på et elektrisk fremdriftssystem med en effekt på 10 ... 15 kW | 500 | femten | 2500 | op til 60 | 18.000 | femten | |
| SPD-140 | interorbital transport, kredsløbskorrektion af tunge geostationære rumfartøjer | 300 | 7 | 2000 | > 55 | 10.000 | 7.5 | Eutelsat 172B [7] |
| SPD-25 [8] | kredsløbskorrektion, manøvrer, orientering, stabilisering af små rumfartøjer (~100 kg masse) | 7 | 0,1 | 800 | tyve | 1500 | 0,3 | |
| SPD-50 | EPS til små rumfartøjer | 14 [8] | 0,22 | 860 | 26 | ≥2500 | 1,23 | Meteor 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V |
| SPD-60 [9] | EPS til små rumfartøjer | tredive | 0,5 | 1300 | 37 | 2500 | 1.2 | nogle rumfartøjer fra Meteor -serien |
| SPD-70 | EP til mellemstore rumfartøjer | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Express-MD1 , KazSat-2 , … |
| SPD-100V | EPS af forskellige rumfartøjer | 83 | 1,35 | 1600 | 45 | >9000 | 3.5 | Express-AM44 , AMOS-5 , ... |
| PPS-1350-G | SPD-100-teknologi gengivet i Europa af Snecma Moteurs under en aftale mellem OKB FAKEL og Snecma Moteurs | 84 | 1.5 | 1668 | 46 | 7000 | 3.5 | SMART-1 |