Обзор концепта двигателя VASIMR

Тимоти А. Маркарт¹

Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом (англ. Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket; VASIMR) – новый тип электродвигателя, разработанного ракетной компанией Ad Astra. Он позволяет оптимизировать ракетное топливо космических миссий благодаря своей способности регулировать тягу и удельный импульс, при этом поддерживая постоянную мощность. Ракетный двигатель VASIMR использует радиоволны для ионизации рабочего тела с последующим разгоном полученной плазмы с помощью электромагнитного поля для получения тяги. Недавние испытания на 200-киловаттной экспериментальной модели продемонстрировали до 10 Н тяги и 4900 секунд удельного импульса с эффективностью системы = 72%. Несмотря на устойчивый прогресс, концепции VASIMR по-прежнему препятствует отсутствие подходящего источника питания для крупномасштабных миссий.

Номенклатура

a = ускорение

B = магнитное поле

b = единичный вектор в направлении B

E = электрическое поле

E = энергия

E _i = ионизация

F _L = сила Лоренца

F _t = тяга

g = гравитационное ускорение

I = суммарный импульс

I _sp = удельный импульс

ICH = ионно-циклотронный нагрев

K _i = суммарная кинетическая энергия ионов

К _∥ = параллельная кинетическая энергия

К _Ⱶ = перпендикулярная кинетическая энергия

m = масса

m _a = горючее/рабочее тело

m _i = суммарная масса ионов

n _i = плотность ионов

P = мощность

q = заряд частицы

RF = радиочастоты

r _L = ларморовский радиус

t _f = время в полёте

u = скорость истечения газов

v = скорость

v _Ⱶ = составляющая скорости, перпендикулярная B

v _∥ = составляющая скорости, параллельная B

VASIMR = Электромагнитный ускоритель с изменяемым удельным импульсом

х _c = направление центрального положения

α = удельная энергоёмкость

φ _i = поток ионов

γ = коэффициент понижения импульсов

η = КПД

µ = магнитный момент

θ = сопловой полуугол

ω _c = циклотронная частота

___________________________________________________________________________

¹ Студент аэрокосмической промышленности, университет Auburn. Этот документ был подготовлен в рамках весенней 2014 AERO 6530. Данные исследования не являются авторскими и не принадлежат университету.