ЭРД нового поколения /Aviapanorama/

ЭРД НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Олег Горшков,

начальник отдела ФГУП “Центр Келдыша”

Современный этап развития космической техники характеризуется расширением масштабов применения электрических ракетных двигателей (ЭРД) и решаемых с их помощью задач. В России наибольшие успехи достигнуты в разработке и практическом применении электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) на базе холловских двигателей. Исследования по их разработке и эффективному использованию в различных направлениях активно проводит Центр Келдыша.

Эффективность применения ЭРД различных типов для решения задач коррекции рабочей орбиты космических аппаратов (КА) подтверждена многолетним опытом работы ЭРД на российских КА, в первую очередь, на геостационарных спутниках связи, являющихся одним из наиболее распространенных семейств космических аппаратов. В данной области космических технологий Россия занимает лидирующее положение в мире.

Дальнейшее совершенствование холловских ЭРД самым тесным образом связано с тенденциями развития современных и перспективных КА: ростом энерговооруженности, продлением сроков активного существования, стремлением увеличить долю полезной нагрузки, расширением номенклатуры КА по массе (включая как маломассогабаритные аппараты, так и тяжелые спутниковые платформы), усложнением решаемых задач бортовой двигательной установки, ужесточением требований, предъявляемых к двигателям с точки зрения их эффективности, надежности и совместимости с аппаратурой КА. Все это стимулирует создание холловских двигателей нового поколения, отличающихся:

способностью высокоэффективно функционировать в более широком диапазоне по мощности, в том числе при низких уровнях энергопотребления;

более высоким значением удельного импульса (до 2500–3000 с);

пониженной угловой расходимостью плазменной струи;

повышенным ресурсом непрерывной работы (в некоторых задачах до 8000– 10000 ч);

управляемым вектором тяги.

В Центре Келдыша проводятся исследования по всем указанным направлениям. В частности, в рамках работ по созданию холловских ЭРД с высоким удельным импульсом разрабатываются двигатели КМ-60 и КМ-100, ориентированные на штатное применение в составе новых геостационарных спутниковых платформ “Экспресс-1000” и “Экспресс-2000”, разрабатываемых в НПО прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева.

Двигатель КМ-60 (рис. 1) рассчитан на диапазон мощности 450–900 Вт и удельный импульс до 2200 с. В ходе испытаний опытного образца двигателя в указанном диапазоне мощности получены тяга 22–45 мН и удельный импульс 1700–2100 с.

Диапазон мощности двигателя КМ-100 (рис. 2) составляет 1,5–2,5 кВт, удельный импульс – до 2800–3000 с. Одна из основных задач отработки двигателя состоит в обеспечении его ресурса 8000–10000 ч при работе в высокоимпульсном режиме.

В Центре Келдыша создана современная экспериментальная база для отработки ЭРД, которая постоянно совершенствуется. В частности, в конце 2002 г. начаты испытания ЭРД на новом криовакуумном стенде КВУ-90 (рис. 3) с объемом вакуумной камеры 90 м³ (диаметр – 3,8 м, длина – 8 м). Суммарная производительность высоковакуумной криогенной степени откачки составляет в настоящее время 58 м³/с, что позволяет испытывать двигатели мощностью до 7–10 кВт. Предусмотрена возможность наращивания в перспективе производительности откачки до 200 м³/с (мощность испытываемых ЭРД 15–20 кВт). Созданный стенд существенно расширяет возможности России по экспериментальной отработке электроракетных двигателей, включая двигатели высокой мощности для космических транспортных систем. Предполагается использовать стенд для испытаний ЭРД в рамках как российских, так и международных проектов.