Ионый двигатель
Лаборатория высокочастотных ионных двигателей (ВЧ ИД) МАИ from gtumai
Лаборатория высокочастотных ионных двигателей МАИ (ВЧ ИД МАИ) под руководством профессора Хорста Лёба создана для научных исследований и разработок по направлению «Исследования и разработка космических высоко-импульсных высокочастотных электроракетных ионных двигателей». Программа работ лаборатории имеет целью исследование и создание электрических ракетных двигателей (ЭРД) нового поколения высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД), восстановлению технологий их создания в России. Эти двигатели позволят повысить эффективность функционирования космических аппаратов (КА) нового поколения и обеспечить выполнение этими КА программ на качественно новом уровне.
Основными задачами проекта являются: модернизация экспериментального комплекса для обеспечения исследования и испытаний ионных двигателей на современном уровне; разработка физико-математических моделей ВЧИД и их основных узлов; разработка методик, проведения фундаментальных, поисковых и прикладных исследований и испытаний ВЧИД и ионных источников на их основе, позволяющих создать ВЧ ионные двигатели с наиболее высокими для современных ЭРД тягово-энергетическими показателями; исследование электрофизических свойств плазменной струи двигателя и собственного электромагнитного излучения ВЧИД; изучение проблем применения ВЧИД в различных космических проектах на основе проектно-баллистических исследований.
На основании проведенных исследований должны быть разработаны лабораторные модели ВЧИД нового поколения и их подсистем.
Для выполнения вышеперечисленных задач должен быть сформирован научный коллектив с приоритетом на омоложение штатного состава.
В 2010г. Московский авиационный институт подавал заявку на участие в конкурсе на получение гранта Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования, в соответствии с Постановлением Правительства Российской Федерации от 9 апреля 2010 г. № 220 «О мерах по привлечению ведущих ученых в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования».
Область науки — «Космические исследования и технологии».
Решением Совета по грантам Правительства Российской Федерации для государственной поддержки научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских образовательных учреждениях высшего профессионального образования (протокол от 29 октября 2010 г. № 3) Московский авиационный институт был включен в список победителей конкурса, и вузу был выделен грант Правительства Российской Федерации.
Хорст Вольфганг Лёб, руководитель работ
Ведущим ученым (руководителем) данного научного исследования по направлению «Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей»стал профессор Гиссенского университета (Германия) Хорст Вольфганг Лёб. Профессор Х.Лёб более 50 лет работает в области исследования и разработки плазмодинамических систем, высокочастотных ионных двигателей (ВЧ ИД) космических аппаратов и ионно-плазменным технологическим источникам, а также ионно-плазменным инжекторам, предназначенным для термоядерных исследований. В лаборатории Гиссенского университета, руководимой проф. Х.Лёбом, проводились работы по исследованию, разработке и созданию указанных двигателей и ионно-плазменных технологических источников; кроме того, была разработана физико-математическая модель процесса высокочастотного нагрева плазмы в разрядной камере ионных источников, ускорения ионов в ускорительном электростатическом канале.
На основе теоретических и экспериментальных работ, проведенных в Гиссенском университете под руководством проф. Х. Лёба при поддержке Правительства Германии, в частности Космического агентства Германии (DLR) и европейских фирм (MBB, Astrium), созданы семейства ВЧ ионных двигателей (RIT), технологических ВЧ ионных источников (RIM), инжекторов дейтерия в термоядерный реактор типа TOКАMAK [ASDEX Upgrade].
Ионные источники на основе ВЧ нагрева плазмы широко используются в качестве высокоэффективных инжекторов ионов в современных промышленных технологиях, связанных с нанесением различного рода покрытий, значительно улучшающих эксплуатационные характеристики технологических материалов.
ВЧ ИД технологии могут рассматриваться как технологии, существенно расширяющие возможности космических транспортных систем. Их использование в качестве маршевых двигателей и двигателей исполнительных органов управления движением космических аппаратов позволит существенно повысить эффективность решения многих научных и коммерческих задач.
Общее признание в мире нашли работы профессора Х. Лёба в области обоснования целесообразности использования электроракетных двигателей разного типа для решения задач межорбитального и межпланетного перелета, обоснования эффективности транспортных космических систем на базе такого типа двигателей. Его статьи и доклады являются пионерскими, новаторскими и определяют перспективы использования электроракетных двигателей и направления их развития, диапазоны целесообразных характеристик этих перспективных двигателей.
Ранние работы профессора Х.Леба (такие как «High-Energy Interplanetary Mission with Nuclear-Electric Propulsion», Proposal for the ESA Scientific Program Post Horizon 2000 Giessen, October 1993; «Ein electrostatisches Raketentriebwerk mit Hochfrequenzionenquelle» , Astronautica Acta V111, 1, 1962; «Nuclear Energy in Space», Earth-Oriented Appl. Space Technology, Vol. 2, No 1, pp. 1-16, 1982) можно рассматривать как базовые исследования, положившие начала обоснованию целесообразности развития направления, связанного с созданием нового типа двигателей и их использования для реализации многих космических проектов.
Список публикаций профессора Лёба превышает 200 наименований.
При непосредственном участии, а также под руководством профессора Лёба зарегистрировано 3 патента. Без сомнения профессор Х.Лёб является основоположником и признанным в мире специалистом в вышеперечисленных областях науки и техники.
25 ноября 2010 г. был заключен трехсторонний договор № 11.G34.31.0022 между Министерством образования и науки Российской Федерации, МАИ и Х.Лёбом о государственной поддержке проводимых в МАИ научно — исследовательских работ по разработке высокочастотных ионных двигателей (ВЧ ИД) следующего поколения.
Срок действия договора 2010 — 2012 гг.
Направления работ в 2010г.:
Для выполнения договора в МАИ организована специальная лаборатория «Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей» (Лаборатория ВЧ ИД МАИ).
- Разработка проекта модернизации стендов для проведения экспериментальных исследований высокочастотных ионных двигателей (ВЧ ИД).
- Анализ перспектив применения высокочастотных ионных двигателей в ближайших задачах по исследованию объектов солнечной системы.
- Исследования особенностей ввода и преобразования энергии в условиях высокочастотного разряда в плазме.
- Анализ базовых физических процессов функционирования ВЧ источников плазмы.
- Постановка задачи исследования собственного электромагнитного излучения ВЧ ИД.
В 2011–2012 гг. под руководством профессора Хорста Лёба планируется проведение широкого спектра работ по теоретическим и экспериментальным исследованиям, связанным с разработкой нового поколения ионных двигателей с высокочастотным нагревом плазмы. Создание таких двигателей позволит решить ряд перспективных задач связанных с освоением ближнего и дальнего космоса.
Результаты деятельности
Осуществлена модернизация трех стендов Лаборатории. Стенды оснащены современным высоковакуумным безмасляным оборудованием и специализированными системами электропитания и контроля параметров ВЧИД и источников ионов мощностью от 0,35 до 35 кВт. Создан экспериментальный комплекс мирового уровня для исследования физических процессов и испытаний ионных двигателей повышенной мощности со скоростью откачки до 235 тыс. л/с. Это единственный в России стенд, который оснащается безэховой камерой для исследования и измерения собственного электромагнитного излучения электроракетных двигателей. Проведено экспериментальное исследование интегральных характеристик лабораторных модельных образцов ВЧИД и исследовано распределение локальных параметров плазмы в струе двигателя.
На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны конструкции:
- двигателя ВЧИД-45, предназначенного для транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) с ядерной энергодвигательной установкой, который разрабатывается в соответствии с Президентской программой по модернизации промышленности в части космической техники;
- двигателя ВЧИД-16, предназначенного для коррекции орбит телекоммуникационных геостационарных спутников связи.
Разработаны основы технологических процессов изготовления критичных элементов конструкции ВЧИД из специальных сплавов, композитных и керамических материалов. Проведена апробация образцов этих элементов в составе лабораторных моделей ВЧИД малой размерности. Разработан комплекс физико-математических моделей основных узлов ВЧИД, разработаны физико-технические основы проектных и конструкторских работ при создании ВЧИД.
Выполнен проектно-баллистический анализ использования ВЧИД большой мощности в составе транспортных энергетических модулей для:
- полетов космических аппаратов на высокоэнергетические орбиты ближнего космоса, миссий для исследования планет и их спутников, включая пилотируемые марсианские экспедиции;
- коррекции орбит опасных для Земли астероидов;
- выполнения программ «Многоразовый межорбитальный буксир», «Многоразовый лунный буксир»и других.
Результаты работы Лаборатории использованы при выполнении таких значимых космических проектов как ОКР по темам «ТЭМ с ядерной энергодвигательной установкой», «Интергелио-зонд», и НИР по темам «Баллистический анализ схем межпланетных перелетов в рамках программы освоения Луны и Марса», «Воздействие ЭРД на элементы конструкции и бортовые радиосистемы КА». Эти и другие НИОКР выполнялись Лабораторией ВЧ ИД по договорам МАИ с головными предприятиями Роскосмоса: ИЦ им. М.В. Келдыша, ЦНИИмаш и НПО им. С. А. Лавочкина.
Сформирован коллектив Лаборатории со значительной долей молодых сотрудников — инженеров, аспирантов, студентов.
Перспективы коммерческого использования работ Лаборатории
- конструкторский и технологический заделы, полученные при разработке ВЧИД-45, планируется использовать при создании транспортно-энергетического модуля с ядерной энергодвигательной установкой мегаваттного уровня мощности. Для реализации этого проекта потребуется изготовление нескольких десятков самых мощных на сегодняшний день ЭРД — ионных двигателей, что обеспечит заказами предприятия Роскосмоса и других ведомоств;
- разработанный в Лаборатории проект ВЧИД-16 положен в основу конструкции лётных образцов двигателей коррекции орбит космических геостационарных спутников связи, в том числе коммерческих телекоммуникационных спутников, рынок которых постоянно развивается;
- наличие в Лаборатории уникальной стендовой базы мирового уровня открывает возможности для её коммерческого использования при выполнении квалификационных, ресурсных и сертификационных испытаний электроракетных двигателей и их испытаний на электромагнитную совместимость с системами КА.
Попов Гарри Алексеевич,
Источник <http://www.mai.ru/content/org/index.php?ID=45541>

такой двигатель можно назвать маршевым (как бы забыв про стоимость ксенона) - но никак не стартовым.
..Стартовые ионные двигатели, с энергетикой на ХЯС и НЭЯР - еще впереди..


..Рукописи не горят, а порядочные статьи - не пропадают..