Для чего в принципе нужны плазменные двигатели? У них есть пять возможных применений:
ориентация космических аппаратов в пространстве (повороты вокруг осей);
коррекция малых возмущений орбиты;
небольшие орбитальные манёвры (например, уход с геостационарной орбиты на орбиту захоронения);
переход между удалёнными орбитами (например, с геопереходной орбиты на геостационарную);
полёты к другим телам Солнечной системы.
Чем плазменные двигатели тут лучше обычных химических, в частности жидкостных ракетных двигателей (ЖРД)? Главное преимущество — в удельном импульсе, т.е., грубо говоря, в той скорости, с которой двигатель выбрасывает реактивную струю.
Скорость струи ЖРД составляет от примерно 2 км/с, у простейших термокаталитических двигателей, до 4,5 км/с у лучших моделей двигателей, работающих на водороде и кислороде.
То, что для ЖРД является рекордным показателем, для плазменных двигателей — посредственный результат, характерный разве что для первых недоработанных прототипов. Как правило скорость струи плазменного двигателя находится на уровне 10 км/с и более. Некоторые двигатели обеспечивают 30-50 км/с. Предела тут по сути не существует! Скорость ограничена лишь тем, что чем она выше — тем больше электроэнергии двигатель тратит на создание той же тяги. Поэтому чрезмерный рост скорости не оправдан, для каждой ситуации есть некоторое оптимальное значение.
Но зачем нам вообще нужна высокая скорость реактивной струи, высокий удельный импульс? Для экономии массы.
Приведём простой пример: если США запускают спутник на геостационарную орбиту, то ракета выводит его сначала на так называемую геопереходную орбиту, а затем спутник уже самостоятельно добирается до геостационарной. Геопереходная орбита — это, как правило, эллиптическая орбита с высотой апогея 35 786 км, перигея где-то примерно 200 км (он не имеет большого значения, а потому может заметно отличаться для разных запусков) и наклонением, в случае Космического центра Кеннеди, 28,5°. Чтобы попасть с геопереходной орбиты на геостационарную спутнику нужно изменить свою скорость на 1,8 км/с. Типичный ЖРД, используемый для таких манёвров, имеет удельный импульс 3,2 км/с. Несложный расчёт по формуле Циолковского показывает, что спутник для такого манёвра должен сжечь 43% своей массы!
Но на перелёте до своей рабочей орбиты работа у двигателей спутника не заканчивается… За время своей работы им придётся суммарно изменить скорость аппарата ещё где-то на 0,5 км/с. Это нужно чтобы компенсировать всевозможные возмущения орбиты. Поэтому в итоге при использовании ЖРД более половины изначальной массы геостационарного спутника приходится на топливо для маневрирования. Учитывая цену вывода грузов в космос, желание сэкономить на топливе более чем понятно.
Ещё хуже дело обстоит с расходом топлива на полёты к другим телам Солнечной системы…
Поэтому ещё до полёта Гагарина уже начались наземные работы по разработке плазменных двигателей, а в середине 60-х годов они отправились покорять бескрайние просторы космоса.
https://thealphacentauri.net/52657-plazmenn...e-i-budushchee/Размещено через приложение ЯПлакалъ
yaplakal.com