A helyhez kötött plazmamotor ( SPD ) egy semleges plazma kiáramlásával működő Hall-effektuson alapuló elektrosztatikus rakétamotor , amelyet a Fakel kísérleti tervezőirodában fejlesztettek ki az A.I.-ről elnevezett IAE tudományos támogatásával . I.V. Kurchatova , MAI és NII PME [1] .
Az álló plazmamotor egy elektrosztatikus Hall-hatású rakétahajtómű , amelynek munkafolyadéka xenon . Működési elve töltött plazmarészecskék kölcsönhatásán alapul hosszirányú elektromos és keresztirányú mágneses térrel, zárt elektronsodrással és kiterjesztett gyorsulási zónával rendelkező motor [1] .
Xenon plazma keletkezik a motorban a kisülési kamra koaxiális csatornájában történő gázkisülés miatt . A zárt elektronsodrással történő kisülés fizikai jellemzői miatt a munkafolyadék szinte teljes ionizációja következik be. Az ionok a kisülési kamra mentén elektromos térben felgyorsulnak, ennek eredményeként a kamrából irányított ionáramlás (plazmasugár) áramlik ki, ami reaktív tolóerőt hoz létre [1] .
A plazmaelektronok azimutban sodródnak és ionizálják a xenon atomokat, egy részük az anódra esik, másik részük az ionokkal együtt a plazmasugárba kerül. A kisülési kamrából való kilépésnél az elektronok kompenzálják az ionáramlás elektromos potenciálját és a tértöltést úgy, hogy a motorból kiáramló plazmasugár teljes elektromos áramának nullával egyenlő feltétele automatikusan teljesüljön. Emiatt az űreszköz elektromos potenciálja csak kis mértékben tér el a környező tér potenciáljától [1] .
A motorból kilépő plazmasugár kipufogógázának sebességét, tolóerejét és energiafogyasztását az anód és a katód közötti gyorsulási résben az ionok által átengedett potenciálkülönbség határozza meg. A tolóerő a munkafolyadék (xenon) fogyasztásától is függ. Helyhez kötött plazma tolóerő esetén a tolóerő szinte egyenesen arányos a munkaközeg fogyasztásával [1] .
A teljesítménynek a munkaközeg áramlási sebességétől való erős függése miatt egy hatékony, kis teljesítményű álló plazmamotor létrehozásakor nehéz biztosítani a szükséges mágneses teret egy ilyen motor gyorsítócsatornájában{{sfn|Kim| .
Az SPD létrehozásának ötletét A. I. Morozov javasolta az 1960-as évek elején. 1968-ban A. P. Aleksandrov akadémikus és A. G. Iosifyan vezető tervező történelmi döntést hozott, hogy létrehoztak egy korrekciós meghajtási rendszert (KDU) az SPT-vel. Az első KDU fejlesztése és a Meteor űrszondába való integrálása a V.I.-ről elnevezett Atomenergia Intézet tudóscsoportjaival és szakembereivel szoros együttműködésben valósult meg. I. V. Kurcsatova (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubszkij), OKB Zarja (L. Novoselov) és VNIIEM (Ju. Rylov). 1971 decemberében az SPT - KDU "Eol" meghajtórendszer sikeresen indult az űrbe a "Meteor" űrszonda részeként. 1972 februárjában-júniusában végezték el az első zárványokat és teszteket, amelyek bemutatták az SPT működőképességét az űrben és kompatibilitását a Föld-közeli pályán közlekedő űrhajókkal. A pálya magasságát 17 km-rel növelték.
1974-ben sikeresen tesztelték az Eol plazmamotort. Az 1980-as évek elején a kalinyingrádi Fakel Tervező Iroda megkezdte az SPD-50, SPD-60, SPD-70 hajtóművek sorozatgyártását [2] . 1982-ben felbocsátották az SPD-70 első műholdját, a Gejzír No. 1-et, 1994-ben a Gals-1 kommunikációs műholdat új SPD-100 modellel szerelték fel.
Az SPT-t 1995 óta használják számos összekapcsolt geostacionárius űrhajó korrekciós rendszerében, mint például a Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat , amelyet az NPO Applied Mechanics fejlesztett ki , 2003 óta pedig a külföldi geostacionárius műholdak részeként. Az Inmarsat típusú , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 a „ működési pontra ” hozás, a pozíció stabilizálása ezen a ponton, szükség esetén a „működési pont” megváltoztatása és onnan való kilépés problémáinak megoldására. működés vége.
2012 januárjáig összesen 352 SPT hajtóművet telepítettek az űrbe bocsátott űrhajókra [3] .
Ennek a motornak, valamint más elektromos rakétamotoroknak a sajátossága, hogy a korábban használt vegyi hajtóművekhez képest lényegesen nagyobb a munkafolyadék lejárati sebessége , ami lehetővé teszi a munkafolyadék tartalékainak jelentős csökkentését. oldja meg a fenti problémákat. Használata geostacionárius űrhajók részeként lehetővé teszi a célberendezések tömegarányának és aktív fennállásának időtartamának 12-15 évre történő növelését. Ennek köszönhetően a KA hatásfoka jelentősen megnő.
Az OKB "Fakel" különféle hajtóműveket gyárt, amelyek különböznek a tolóerő, a tömeg és a méret jellemzőiben, valamint az energiafogyasztásban a különböző űrhajókhoz [4] .
| Modell | Célja | Tolóerő, mN | teljesítmény, kWt | Specifikus impulzus, s | Vonóképesség, % | Erőforrás, h | Súly, kg | Példák a KA-ra [3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPD-290 | nehéz űrhajók menetelési és szállítási feladatai nagy teljesítmény-tömeg aránnyal | 1500-ig | 5-30 | 3300-ig | 65-ig | 27000 | 23 | a megawatt osztályú atomerőmű részeként [5] [1] [6] |
| SPD-230 | felső fokozatok, hogy az űreszközt egy erősen elliptikus hordozórakétáról geostacionárius pályára állítsák | 785-ig | 15-ig | 2700-ig | 60-ig | — | 25 | |
| SPD-200 | űrjármű további felemelkedése erősen elliptikus kilövőpályáról geostacionáriusra a 10 ... 15 kW teljesítményű elektromos meghajtó rendszeren alapuló felső fokozat részeként | 500 | tizenöt | 2500 | 60-ig | 18000 | tizenöt | |
| SPD-140 | interorbitális szállítás, nehéz geostacionárius űrhajók pályakorrekciója | 300 | 7 | 2000 | > 55 | 10000 | 7.5 | Eutelsat 172B [7] |
| SPD-25 [8] | pályakorrekció, manőverek, tájékozódás, kis űrhajók stabilizálása (~100 kg tömeg) | 7 | 0.1 | 800 | húsz | 1500 | 0.3 | |
| SPD-50 | EPS kis űrhajókhoz | 14 [8] | 0.22 | 860 | 26 | ≥2500 | 1.23 | Meteor 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V |
| SPD-60 [9] | EPS kis űrhajókhoz | harminc | 0.5 | 1300 | 37 | 2500 | 1.2 | néhány űrhajó a Meteor sorozatból |
| SPD-70 | EP közepes űrjárművekhez | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Express-MD1 , KazSat-2 ,… |
| SPD-100V | Különféle űrhajók EPS-e | 83 | 1.35 | 1600 | 45 | >9000 | 3.5 | Express-AM44 , AMOS-5 , ... |
| PPS-1350-G | Az SPD-100 technológiát a Snecma Moteurs reprodukálja Európában az OKB FAKEL és a Snecma Moteurs megállapodása alapján | 84 | 1.5 | 1668 | 46 | 7000 | 3.5 | SMART-1 |