ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Электрические методы создания тяги. Ионный двигатель из "Космическая техника " Из этого соотношения следует, что для достижения прироста скорости Л У = /з от скорости света при которой релятивистское сокращение длины составляет менее 3%) требуемое отношение масс будет т. е. около 20 ООО. Ввиду того, что удельное выделение энергии как в реакциях деления, так и в термоядерных реакциях примерно одинаково, сделанные выводы в равной степени относятся к обоим случаям. Поэтому для достижения релятивистских скоростей движения при достаточно большой полезной нагрузке необходимо обратиться к источникам энергии с еще большей степенью концентрации. [c.277] Во всех дальнейших рассуждениях будем полагать, что преобразование энергии источника мощности в кинетическую энергию вытекающего потока осуществляется достаточно эффективно при любых желаемых значениях скорости истечения. Используемые для этих целей устройства часто называют ионными двигателями ), которые в свою очередь делятся на две категории. К первой относятся системы, ускоряющие плазму, т. е. ионизированную материю, которая электрически нейтральна из-за присутствия в ней в равных количествах положительных и отрицательных зарядов. Подробнее эта система обсуждается в гл. 16. Ко второй категории относятся системы, ускоряющие заряженные частицы в электрических полях подобно тому, как это делается в многочисленных разнообразных электронных устройствах, служащих для создания электронных и ионных пучков. Далее будут кратко обсуждаться именно такие системы, называемые электростатическими двигателями . [c.277] ЧТО показано на рис. 7.5 штриховой линией. Поле у эмиттера будет + Vo/d, а у ускоряющей пластины—Vo/d. Поэтому из уравнения (7.37) следует, что силы, действующие на электроды, будут равны по величине и противоположны по направлению. Это значит, что при отсутствии пространственного заряда результирующая тяга будет равна нулю. [c.278] Для создания тяги необходимо, чтобы ускоренные ионы могли проходить сквозь ускоряющий электрод через специальные отверстия. Наиболее удобной схемой для этого является так называемая пушка Пирса (Pier e). [c.279] Пирс показал [9], что взаимное отталкивание заряженных частиц при их дви/кении между электродами можно предотвратить путем придания электродам определенной формы (рис. 7.7). Тогда во всей зоне ускорения будет существовать четкая граница между ионным потоком и прилегающим свободным пространством. После прохождения ионов сквозь ускоряющий электрод возникают новые условия движения пучка и новые задачи, которые требуют специального изучения. [c.279] В литературе имеются подробные решения [10—12], дающие распределение потенциала в пространстве между параллельными пластинами при движении в нем пространственного заряда одного знака. Задачи такого рода весьма сложны и решения в некоторых случаях оказываются неоднозначными и неустойчивыми. Тем не менее, эти решения и аналогичные им [13, 14] создают необходимую основу для исследования проблемы нейтрализации заряда. [c.281] Следует заметить, что ускоряющий электрод, создающий силу тяги, не захватывает зарядов из пучка, проходящего сквозь него. Этот нучок положительных ионов после прохождения ускоряющего электрода соединяется с противоположно заряженным пучком от отрицательного полюса источника питания, в результате чего происходит нейтрализация заряда. Конкретные условия нейтрализации зависят от характера пространственного заряда и от потенциала самого космического корабля. [c.281] При контакте вольфрамовой поверхности нагретого анода с парами цезия, рубидия или калия, находящимися под низким давлением в умеренном электрическом поле, может существовать два различных устойчивых типа условий на поверхности [15—17]. В первом случае вольфрамовая поверхность остается почти совершенно чистой, работа выхода с поверхности превышает потенциал ионизации атомов щелочного металла и металл испаряется почти целиком в виде ионов. Скорость испарения ионов равна скорости накопления атомов на горячей поверхности и определяется давлением паров щелочного металла в окружающем пространстве. При возрастании этого давления скорость накопления атомов и скорость испарения ионов также увеличатся. Однако, когда это увеличение достигает пекото-торых пределов, картина явления резко меняется. Часть вольфрамовой поверхности, покрытая адсорбированными атомами, становится уже значительной и работа выхода с этой поверхности падает до значений меньших, чем потенциал ионизации щелочного металла. В дальнейшем адсорбированный слой все больше покрывает поверхность анода и все больший процент испаряющихся частиц представляет собой атомы, а не ионы. [c.282] Увеличивая температуру анода, можно уменьшить степень его покрытия щелочными атомами и увеличить работу выхода, в результате чего время пребывания адсорбированных атомов на поверхности уменьшится настолько, что вновь станет возможна устойчивая эмиссия ионов. [c.282] Таким образом, для любой скорости накопления щелочных атомов существует некоторая критическая температура анода, выше которой происходит испарение ионов, а ниже начинается испарение атомов, что является нежелательным фактором в двигательной системе. Чтобы получить более полное представление о тех сложных процессах и явлениях, которые были здесь лишь вкратце освещены, рекомендуем читателю обратиться к оригинальным работам. [c.282] На рис. 7.8 изображены кривые Киллиана (Killian), показывающие зависимость скорости испарения ионов калия с вольфрамовой поверхности от температуры этой поверхности при различном давлении паров калия. [c.282] Аналогичные семейства кривых для рубидия и цезия, приведенные в ряде работ, описываются следующими уравнениями. [c.282] Ввиду того, ЧТО степень ионизации натрия при испарении с поверхности вольфрама не превышает 10%, он не представляет особого интереса для использования в двигательных системах [22]. В то же время при температурах выше критической Тс-, степень ионизации калия оказывается более 80%, рубидия — более 90% и цезия — более 99% [20, 21]. [c.283] На основе уравнений (7.40), (7.41) и (7.42) была произведена экстраполяция величины плотности ионного тока в область больших значений этой плотности и более высоких критических температур Тс- Полученные результаты суммированы в табл. 7.5. [c.283] Как видно из этих данных, эффективность ионизации и величина тяги на единицу площади оказываются гораздо более благоприятными, однако при этом промежуток между электродами сужается до долей миллиметра. [c.283] Критическая температура вольфрамовой поверхности, К. [c.284] Мощность, излучаемая вольфрамовой поверхностью Я, вт см . . [c.284] Идеальная эффективность ионизации 1000//(Д+1000/), %. . [c.284] Вернуться к основной статье