Kiinteä plasmamoottori ( SPD ) on sähköstaattinen rakettimoottori, joka perustuu Hall-ilmiöön neutraalin plasman ulosvirtauksella ja joka on kehitetty Fakelin kokeellisessa suunnittelutoimistossa A.I.:n mukaan nimetyn IAE :n tieteellisellä tuella . I.V. Kurchatova , MAI ja NII PME [1] .
Kiinteä plasmamoottori on sähköstaattinen Hall - efektirakettimoottori , jonka käyttönesteenä on ksenoni . Sen toimintaperiaate perustuu varautuneiden plasmahiukkasten vuorovaikutukseen pitkittäisten sähkö- ja poikittaismagneettikenttien kanssa, se on moottori, jossa on suljettu elektronien ajautuminen ja laajennettu kiihtyvyysalue [1] .
Ksenonplasma syntyy moottorissa purkauskammion koaksiaalikanavassa tapahtuvan kaasupurkauksen vuoksi. Suljetulla elektroniryöminnällä tapahtuvan purkauksen fysikaalisista ominaisuuksista johtuen työnesteen lähes täydellinen ionisaatio tapahtuu. Ionit kiihtyvät sähkökentässä purkauskammiota pitkin, minkä seurauksena kammiosta virtaa suunnattu ionivirta (plasmasuihku), joka saa aikaan reaktiivisen työntövoiman [1] .
Plasman elektronit ajautuvat atsimuutissa ja ionisoivat ksenonatomeja, osa niistä putoaa anodille ja osa menee ionien mukana plasmasuihkuun. Purkauskammiosta poistuttaessa elektronit kompensoivat ionivirran sähköpotentiaalin ja tilavarauksen siten, että moottorista virtaavan plasmasuihkun kokonaissähkövirran nollan ehto täyttyy automaattisesti. Tästä johtuen avaruusaluksen sähköpotentiaali eroaa vain vähän ympäröivän tilan potentiaalista [1] .
Plasmasuihkun pakonopeus, työntövoima ja tehonkulutus moottorin ulostulossa määräytyvät anodin ja katodin välisessä kiihdytysvälissä olevien ionien ohittaman potentiaalieron mukaan. Työntövoima riippuu myös käyttönesteen (ksenonin) kulutuksesta. Kiinteässä plasmapotkurissa työntövoima on lähes suoraan verrannollinen käyttönesteen kulutukseen [1] .
Tehon voimakkaasta riippuvuudesta käyttönesteen virtausnopeudesta johtuen tehokkaan pienitehoista kiinteää plasmamoottoria luotaessa on vaikeaa saada aikaan tarvittavaa magneettikenttää tällaisen moottorin kiihdytyskanavaan{{sfn|Kim| .
A.I. Morozov ehdotti ajatusta SPD:n luomisesta 1960-luvun alussa. Vuonna 1968 akateemikko A. P. Aleksandrov ja pääsuunnittelija A. G. Iosifyan tekivät historiallisen päätöksen luoda korjaava propulsiojärjestelmä (KDU) SPT:n kanssa. Ensimmäisen KDU:n kehittäminen ja sen integroiminen Meteor-avaruusalukseen tehtiin tiiviissä yhteistyössä V.I.:n mukaan nimetyn atomienergiainstituutin tutkijaryhmien ja asiantuntijoiden kanssa. I. V. Kurchatova (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubsky), OKB Zarya (L. Novoselov) ja VNIIEM (Yu. Rylov). Joulukuussa 1971 propulsiojärjestelmä SPT - KDU "Eol" laukaisi onnistuneesti avaruuteen osana avaruusalusta "Meteor". Helmi-kesäkuussa 1972 suoritettiin ensimmäiset sulkemiset ja testit, jotka osoittivat SPT:n toimivuuden avaruudessa ja yhteensopivuuden avaruusalusten kanssa lähellä maapalloa. Ratakorkeutta nostettiin 17 km.
Vuonna 1974 Eol-plasmamoottori testattiin onnistuneesti. 1980-luvun alussa Kaliningradin Fakel Design Bureau aloitti SPD-50-, SPD-60-, SPD-70-moottoreiden massatuotannon [2] . Vuonna 1982 laukaistiin ensimmäinen satelliitti SPD-70:stä, Geysir No. 1, ja vuonna 1994 Gals-1-viestintäsatelliitti varustettiin uudella SPD-100-mallilla.
Vuodesta 1995 lähtien SPT:tä on käytetty NPO Applied Mechanicsin kehittämien yhdistettyjen geostationaaristen avaruusalusten , kuten Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat , korjausjärjestelmissä ja vuodesta 2003 lähtien - osana ulkomaisia geostationaarisia satelliitteja. Inmarsat - tyyppi , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 ratkaisemaan ongelmat, jotka liittyvät " toimintapisteeseen " tuomiseen, aseman vakauttamiseen tässä kohdassa, "toimintapisteen" muuttamiseen tarvittaessa ja siitä poistumiseen toiminnan loppu.
Tammikuuhun 2012 mennessä avaruuteen laukaistuihin avaruusaluksiin oli asennettu yhteensä 352 SPT-moottoria [3] .
Tämän moottorin, kuten myös muiden sähkörakettimoottoreiden , erityispiirteenä on huomattavasti suurempi käyttönesteen uloshengitysnopeus verrattuna aiemmin käytettyihin kemiallisiin moottoreihin , mikä mahdollistaa merkittävästi pienentää tarvittavia käyttönesteen varantoja. ratkaise yllä olevat ongelmat. Sen käyttö osana geostationaarisia avaruusaluksia mahdollistaa kohdelaitteiden massaosuuden ja niiden aktiivisen olemassaolon lisäämisen 12-15 vuoteen. Tämän ansiosta KA:n tehokkuus kasvaa merkittävästi.
OKB "Fakel" valmistaa erilaisia moottoreita, jotka eroavat työntövoiman, painon ja koon ominaisuuksien sekä tehonkulutuksen suhteen eri avaruusaluksiin [4] .
| Malli | Tarkoitus | Työntövoima, mN | teho, kWt | Spesifinen impulssi, s | Vetotehokkuus, % | Resurssi, h | Paino (kg | Esimerkkejä KA:sta [3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPD-290 | raskaiden avaruusalusten marssi- ja kuljetustehtävät, joilla on korkea teho-painosuhde | 1500 asti | 5-30 | 3300 asti | 65 asti | 27 000 | 23 | osana megawattiluokan ydinvoimalaitosta [5] [1] [6] |
| SPD-230 | ylemmät vaiheet tuomaan avaruusalus erittäin elliptisestä kantoraketista geostationaariselle kiertoradalle | 785 asti | 15 asti | 2700 asti | 60 asti | — | 25 | |
| SPD-200 | avaruusaluksen jatkonousu erittäin elliptiseltä laukaisuradalta geostationaariseen kiertoradalle osana ylempää vaihetta, joka perustuu sähköiseen propulsiojärjestelmään, jonka teho on 10 ... 15 kW | 500 | viisitoista | 2500 | 60 asti | 18 000 | viisitoista | |
| SPD-140 | orbitaalinen kuljetus, raskaiden geostationaaristen avaruusalusten kiertoradan korjaus | 300 | 7 | 2000 | > 55 | 10 000 | 7.5 | Eutelsat 172B [7] |
| SPD-25 [8] | kiertoradan korjaus, liikkeet, suuntaus, pienen avaruusaluksen stabilointi (paino ~100 kg) | 7 | 0.1 | 800 | kaksikymmentä | 1500 | 0.3 | |
| SPD-50 | EPS pienille avaruusaluksille | 14 [8] | 0.22 | 860 | 26 | ≥ 2500 | 1.23 | Meteor 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V |
| SPD-60 [9] | EPS pienille avaruusaluksille | kolmekymmentä | 0.5 | 1300 | 37 | 2500 | 1.2 | jotkut Meteor -sarjan avaruusalukset |
| SPD-70 | EP keskikokoisille ajoneuvoille | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Express-MD1 , KazSat-2 ,… |
| SPD-100V | Erilaisten avaruusalusten EPS | 83 | 1.35 | 1600 | 45 | > 9000 | 3.5 | Express-AM44 , AMOS-5 , ... |
| PPS-1350-G | Snecma Moteurs toistaa Euroopassa SPD-100-teknologian OKB FAKELin ja Snecma Moteursin välisen sopimuksen mukaisesti | 84 | 1.5 | 1668 | 46 | 7000 | 3.5 | SMART-1 |