Введение. Электромагнитный ракетный ускоритель представляет собой новый тип электрического двигателя, разработанный в Ad Astra Rocket Company

Электромагнитный ракетный ускоритель представляет собой новый тип электрического двигателя, разработанный в Ad Astra Rocket Company. Как и многие другие электродвигатели, VASIMR использует радиоволны для ионизации и нагрева рабочего тела и электромагнитные поля для разгона плазмы и получения тяги. ¹ При этом, VASIMR действительно уникален.

На рисунке 1 показана схема двигателя. Сначала газ поступает в устройство и проходит через геликонную RF-муфту, которая бомбардирует газ радиоволнами высокой интенсивности для повышения ионизации. Затем газ преобразуется в плазму с температурой около 5800К ¹ . Мощные электромагниты окружают ядро двигателя и создают приложенное магнитное поле для сдерживания и направления потока плазмы. Такая «холодная» плазма переходит во вторую соединительную RF-муфту, также известную как секция ионно-циклотронного нагрева (ICH). Далее ICH облучает ионы радиоволнами, настроенными на ионно-циклотронную частоту. Заставляя их ускорить своё движение по орбитам вокруг силовых линий магнитного поля. ¹ Затем плазма проходит через магнитное сопло для преобразования перпендикулярного кругового движения в полезное линейное, и выброса ионов с максимальной скоростью, благодаря чему возникает тяга. ¹

Поскольку плазма ионизируется радиоволнами и сдерживается электромагнитными полями на протяжении всего процесса, она никогда напрямую (физически) не контактирует ни с одной частью двигателя. В частности, с электродами. Это значительно продлевает потенциальный срок службы двигателя и теоретически даёт ему преимущество в сравнении с большинством других электродвигателей. Следующее преимущество VASIMR в том, что тяга и удельный импульс могут контролироваться регуляцией подачи газа и поступления энергии в RF-муфту. Таким образом, один и тот же двигатель может не только эффективно поддерживать тягу в течение длительного времени, но и, при необходимости, обеспечить всплески относительно высокой тяги с меньшим удельным импульсом. Такие возможности могут быть использованы для аварийного отключения или настройки мощности двигателя для определённых миссий.

Из недостатков концепции VASIMR следует отметить потребность в мощном источнике питания и нежелательное влияние сильных магнитных полей на оборудование корабля. Концепция двигателя предложена астронавтом и учёным Франклином Чанг-Диазом из Коста-Рики в 1979 году в процессе исследования удержания плазмы в магнитных зеркалах в лаборатории Чарли Старка Дрейпера.³ Чанг-Диаз понял, что магнитно-направленная плазма может быть использована в качестве текучей среды высокоскоростного ракетного двигателя. Несколько лет спустя, когда Чанг-Диаз стал астронавтом, он начал разработку двигателя VASIMR в сотрудничестве с НАСА и его работа была перенесена в прогрессивную лабораторию реактивного движения в Космическом центре Джонсона.³ Там он продолжил эксперименты с различными способами удержания плазмы и выявил, что для продления срока службы оборудования потребуется бесконтактный метод.³ Кроме того, оригинальная идея магнитного зеркала была заброшена, когда было обнаружено, что геликонная антенна может ионизировать газ-вытеснитель в один прогон.³ Испытательный запуск более мощных двигателей производился с 1995 по 2005 года с успешным испытанием прототипа, впервые удавшимся в 1998 г. С 2005 финансирование проекта в НАСА иссякло и Чанг-Диаз основал кампанию Ad Astra Rocket – для продолжения работы над двигателем VASIMR.³ Технология все еще находится в разработке, на 2015 год запланирована установка опытного образца двигателя на борту Международной космической станции. Ожидаемые характеристики 200 кВт-модели: 60% КПД, примерно 5 Н тяги и около 5000 сек максимального удельного импульса.²