ПРОЕКТНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭРД В КАЧЕСТВЕ МАРШЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ЗАДАЧ В КОСМОСЕ

ПРОЕКТНЫЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ И АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭРД В КАЧЕСТВЕ МАРШЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ЗАДАЧ В КОСМОСЕ

© В.М.Кульков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2007 г.

Приводится обзор характеристик различных типов ЭРД и областей их применения в составе электроракетной двигательной установки (ЭРДУ) космических аппаратов. Основным преимуществом ЭРД по сравнению с химическими ракетными двигателями является их высокий удельный импульс. Использование электростатических и электромагнитных механизмов ускорения плазмы позволяет получать более высокие удельные импульсы тяги и за счет этого более эффективно решать широкий спектр задач. Перспективным является применение ЭРД в качестве маршевых двигателей для решения транспортных задач в космосе. Это межорбитальные перелеты КА с опорных или промежуточных орбит на рабочие (вплоть до геостационарной), поддержание орбитальных спутниковых систем, межпланетные перелеты и полеты в дальний космос. Использование ЭРД позволяет значительно увеличить массу КА, выводимую на рабочую орбиту. Масса полезной нагрузки, доставляемой на ГСО, может быть увеличена за счет применения ЭРД в 1,5-2 раза, открывается возможность использования ракет-носителей среднего и легкого класса. Приемлемое время выведения на ГСО (170-190 суток) достигается за счет использования высокоэллиптической промежуточной орбиты, которая формируется химическим разгонным блоком.

Значительное полетное время предъявляет жесткие требования к системе ориентации КА с точки зрения анализа возмущений, выбора уровня тяги и схемы размещения исполнительных органов, повышает роль постоянно действующих факторов (гравитационные моменты, солнечное давление и др.). Компоновка ЭРДУ предполагает использование для ориентации рассогласования тяг парных двигателей, размещение двигателей в карданных подвесах или электромагнитодинамическое управление вектором тяги.

Применение связки электроракетных двигателей определяется потребной тяговооруженностью ЭРДУ, ограниченной номенклатурой и ресурсом разрабатываемых ЭРД. Обеспечение заданной надежности требует учета определенной логики возможных отказов полидвигательной ЭРДУ, построения двигательного модуля программируемой надежности с гибкой циклограммой его работы.

Для энергосистемы на базе солнечных батарей (СБ) большой площади повышение жесткости конструкции СБ связано с уменьшением ее размаха, использованием замкнутой конструктивной схемы СБ, обеспечивающей статическую устойчивость относительно центра масс и возможность независимого управления вектором тяги и ориентацией СБ. Кроме динамических проблем определяющими становятся вопросы деградации СБ в радиационных поясах Земли, повышения напряжения питания, снижения удельной массы СБ и вторичных источников и др.