Ионный двигатель с СВЧ ионизацией

Принцип работы СВЧИД
Преимущества:
Отсутствие электродов
Быстрое зажигание разряда
Упрощенная система токоподводов

Существующие на данный момент СВЧИД
Япония (JAXA):
μ10 (использовался в программе Hayabusa)
μ1, μ20
США ( NASA):
- The High Power Electric Propulsion (HiPEP) Ion Thruster

Программа Hayabusa
Предназначена для изучения астероида Итокава и доставки образца его грунта на Землю
«Хаябуса» был запущен 9 мая 2003 года японской ракетой-носителем М-5
Применены четы­ре двигателя СВЧИД μ10
При общей длительности миссии около семи лет наработка двигателей составила 40000ч

Ионный двигатель μ10
Частота СВЧ излучения 4,25 ГГц
Материал постоянных магнитов – Sm-Co
Сетки ИОС выполнены из С-С композитных материалов
Тяга 8 мН
Удельный импульс в начале полета 3200с
Схема СВЧИД μ10

Внешний вид μ10

Сравнительная таблица μ10 и μ20

Внешний вид μ20

Микродвигатель μ1
Предназначен для небольшого космического корабля 10-100 кг
Магниты образуют максимальное магнитное поле 0,30 Т вблизи поверхности магнита и минимальное поле 0,05 Т в самой удаленной точке от магнитов.
Схема миниатюрного двигателя с СВЧ
ионизацией μ1

Внешний вид двигателя
Двигатель в процессе работы
(вместе с катодом-компенсатором

Характеристики двигателя μ1
Зависимость тока ионного пучка от мощности СВЧ излучения и расхода
рабочего тела

Высокомощный электрический двигатель HiPEP
Современное состояние в высокоэффективных электрических двигательных установок с большим удельным импульсом воплощено в ионном двигателе с NSTAR (NASA’s Solar Electric Propulsion Application Readiness)
Несмотря на всю свою значимость, использование технологии NSTAR недостаточно для удовлетворения требований к ресурсу и производительности для продолжительных миссий на дальние планеты. Например, Jupiter Icy Moon Orbiter (JIMO), имеет требование ΔV не менее 38 км/с – это около 7-14 лет работы => строгие требования к времени жизни для компонентов и ​​подсистем двигателя
Внешний вид ионного двигателя NSTAR
американской АМС Deep Space 1

Проект HiPEP подходит к проблеме генерации плазмы, используя 2 метода: генерация плазмы постоянного тока и с помощью микроволнового электронного циклотронного резонанса (ЭЦР)
Микроволновый ЭЦР был исследован в рамках проекта HiPEP как один из подходов к устранению механизмов разрушения разрядного катода
Целевая эффективность генерации плазмы для двигателя HiPEP < 200 Вт/А, в то время как использование рабочего тела в разрядной камере > 90%.
форма магнитных колец варьируется от круглого до гибридного прямоугольного и прямоугольного

Прямоугольный двигатель HiPEP с большой
площадью ионно-оптической системы
Концептуальное изображение двигательной установки HiPEP: прямоугольная геометрия двигателя позволяет интегрировать несколько в единый "пакет".

Фотография сетки работающего двигателя HiPEP, использующего микроволновый ЭЦР
для генерации плазмы
Профиль пучка при токе пучка 1,64 А

Характеристики двигателя DC HiPEP
Потери на разряде в HiPEP двигателе при расчетной точке
(Iудс = 8000с)
Характеристики HiPEP