Електр і чний рак е тний дв і гатель (ЕРД), ракетний двигун (РД), в якому в якості джерела енергії для створення тяги використовується електрична енергія бортової енергоустановки космічного літального апарату (зазвичай сонячні або акумуляторні батареї). Гідність ЕРД - в їх високому питомому імпульсі (питомій тязі) завдяки великій швидкості витікання робочого тіла (РТ), що досягає 10-100 км / сек. По питомому імпульсу ЕРД багато разів перевершують хімічні ракетні двигуни , У яких швидкість витікання РТ не перевищує 4,5 км / сек. За принципом дії ЕРД підрозділяються на електротермічні, електростатичні (іонні, колоїдні) і електромагнітні (плазмові).
В електротермічних РД електрична енергія використовується для нагріву РТ з метою звернення його в газ з температурою 1000-5000 До; газ, стікаючи з реактивного сопла (аналогічного соплу хімічного РД), створює тягу. Як РТ використовуються речовини з малою молекулярною масою (наприклад, водень, аміак, гідразин), що нагріваються за допомогою поверхневих нагрівачів (рис. 1), дугового розряду (рис. 2) або (в експериментальних ЕРД) високочастотного електромагнітного поля. Питома імпульс електротермічного РД складає 1,5-10 (кн · сек) / кг, щільність тяги (відношення тяги до поперечного перерізу реактивного струменя) 0,3-3 Мн / м 2, час роботи від декількох годин до декількох сотень ч.
В електростатичному (іонному) РД спочатку проводиться іонізація РТ, після чого іони і електрони окремо прискорюються в електростатичному полі (за допомогою системи електродів), а потім знову перемішуються для нейтралізації об'ємного заряду і, стікаючи, створюють тягу (рис. 3). Розрізняють електростатичні РД з поверхневої іонізації і об'ємної іонізації (електронним ударом); як РТ в перших використовується легко іонізіруемий цезій, по-друге - будь-які речовини з великою атомною масою (наприклад, вісмут). Замість іонів в електростатичних РД можуть прискорюватися заряджені (наприклад, за рахунок контактної різниці потенціалів при відриві краплі від поверхні електрода) мікроскопічні краплі. Такі ЕРД називаються колоїдними. Значення прискорюючого потенціалу складає для них близько 10-20 кв (для іонних РД - 2-7 кв) при щільності струму в кілька ма / см 2. Питома імпульс електростатичних РД 15-100 (кн · сек) / кг, щільність тяги 30-50 н / м 2, час роботи - 1 рік і більше.
В електромагнітному РД робочим тілом є плазма будь-якої речовини, прискорюється за рахунок сили Ампера в схрещених електричному і магнітному полях. Розрізняють ЕРД з зовнішнім і власним магнітним полем. До перших відносяться класичні Е-Н прискорювачі плазми і т. Н. холлівських ЕРД із замкнутим дрейфом електронів; по-друге, магнітне поле створюється струмом, що протікає в ускоряемой плазмі; вони поділяються на імпульсні і квазістаціонарних ЕРД. Робочий цикл імпульсного ЕРД відповідає періоду електричного пробою РТ (зазвичай фторопласту), при якому створюється плазма; початковий потенціал пробою - декілька кв, питомий імпульс 40-100 (кн · сек) / кг, щільність тяги 10-9-10-8 н / м 2, число циклів ЕРД досягає 1 млн. У квазістаціонарному ЕРД з метою створення сильного магнітного поля через РТ пропускається струм силою в десятки ка і напругою в десятки ст. Питома імпульс становить 30-50 (кн · сек) / кг, щільність тяги кілька кн / м 2, час роботи - десятки ч. Про типах плазмових ЕРД і методах створення плазми в них див. В ст. Плазмові прискорювачі .
Обмежене застосування ЕРД пов'язане з необхідністю великої витрати електроенергії (10-100 квт на 1 н тяги). Через наявність бортовий енергоустановки (і ін. Допоміжних систем), а також з-за малої щільності тяги апарат з ЕРД має мале прискорення. Тому ЕРД можуть бути використані тільки в космічних літальних апаратах (КЛА), що здійснюють політ або в умовах слабких гравітаційних полів, або на навколопланетних орбітах. Вони застосовуються для орієнтації, корекції орбіт КЛА і ін. Операцій, що не вимагають великих витрат енергії. Електростатичні, плазмові холлівських і ін. ЕРД розглядаються як перспективні в якості основних двигунів КЛА. Через малу відкидаємо маси РТ час безперервної роботи таких ЕРД вимірюватиметься місяцями і роками; їх використання замість існуючих хімічних РД дозволить збільшити масу корисного вантажу КЛА.
Ідея використання електричної енергії для отримання тяги висувалася ще К. Е. Ціолковським і іншими піонерами космонавтики. У 1916-17 Р. Годдард (США) підтвердив дослідами реальність цієї ідеї. В 1929-33 В. П. Глушко (СРСР) створив експериментальний ЕРД. У 1964 в СРСР на КЛА типу «Зонд» випробувані плазмові імпульсні РД, в 1966-71 на КЛА «Янтар» - іонні РД, в 1972 на КЛА «Метеор» - плазмові квазістаціонарних РД. Різні типи ЕРД випробувані починаючи з 1964 в США: в балістичної, а потім в космічному польоті (на апаратах АТС, СЕРТ-2 та ін.). Роботи в цій галузі ведуться також у Великобританії, Франції, ФРН, Японії.
Літ .: Корлисс У. Р., Ракетні двигуни для космічних польотів, пров. з англ., М., 1962; Штулінгер Е., Йонні двигуни для космічних польотів, пров. з англ .. М., 1966; Гільзін К. А., Електричні міжпланетні кораблі, 2 видавництва., М., 1970; Гуров А. Ф., Севрук Д. Д., Сурнов Д. Н., Конструкція і розрахунок на міцність космічних електроракетних двигунів, М., 1970; Фаворський О. Н., Фішгойт В, В., Янтовскій Е. І., Основи теорії космічних електрореактивних рухових установок, М., 1970; Гришин С. Д., Лєсков Л. В., Козлов Н. П., Електричні ракетні двигуни, М., 1975.
Ю. М. Трушин.
Мал. 3. Схема електростатичного (іонного) двигуна: 1 - підведення робочого тіла; 2 - іонізатор; 3 - пучок іонів; 4 - фокусує електрод; 5 - прискорює електрод; 6 - уповільнюючий електрод; 7 - нейтралізатор; 8 - основне джерело енергії; 9 - допоміжне джерело енергії.
Мал. 1. Схема електротермічного двигуна з поверхневим нагрівачем: 1 - підведення робочого тіла; 2 - камера нагріву і сопло (вольфрам); 3 - елемент, що нагріває (вольфрамова дріт): 4 - опора нагріваючого елементу. Мал. 2. Схема електротермічного двигуна з нагріванням за допомогою дугового розряду: 1 - підведення робочого тіла; 2 - катод (вольфрам); 3 - анод (вольфрам); 4 - сопло (вольфрам); 5 - різьбова втулка.