НК №07/1999 г.

Информационный период номера 1 – 31 мая 1999 г.
 


Пилотируемые полеты

Люди и судьбы

Космонавты. Астронавты. Экипажи

Запуски космических аппаратов

Космические технологии

Автоматические межпланетные станции

Спутниковая связь

Искусственные спутники Земли

Международная космическая станция

Ракеты-носители. Ракетные двигатели

Космодромы

Предприятия. Учреждения. Организации

Юбилеи

Страницы истории

Короткие новости
 

Отечественные электроракетные двигатели сегодня

О.Горшков. специально для «Новостей космонавтики»

Определяя основные принципы и приоритеты космической деятельности в период до 2005 г., Федеральная космическая программа России предусматривает работы по электроракетным двигателям (ЭРД) для решения текущих задач по следующим направлениям:

–  опытно-конструкторские разработки для серийных космических аппаратов (КА);
–  научно-исследовательские работы, нацеленные на совершенствование эксплуатирующихся и создание новых двигателей с повышенными требованиями к эффективности и ресурсу;
–  комплексные исследования воздействия ЭРД с целевыми и служебными системами КА с длительным сроком активного существования;
–  подготовка и проведение летных испытаний новых образцов ЭРД.

Электроракетные двигатели, разработанные в ОКБ «Факел» (слева направо): СПД-70, СПД-100 и СПД-200. Фото И.Маринина

Современные спутники связи и телевещания должны соответствовать все более строгим требованиям экономической эффективности и рентабельности. Одним из способов увеличения срока эксплуатации является оснащение их электроракетными двигательными установками (ЭРДУ) с большим ресурсом и малым расходом рабочего тела, а следовательно, высокой экономичностью. Традиционно для нашей страны геостационарные КК связи оснащаются ЭРД для коррекции орбиты в направлениях север-юг и запад-восток. Сейчас актуальным является создание ЭРДУ для малых спутников, работающих в составе многоспутниковых орбитальных группировок. В перспективе рассматриваются более энергоемкие задачи: изменение высоты и наклонения орбит, вплоть до перевода КА с низких на высокие (до геостационарных) орбиты, а также осуществление межпланетных перелетов.

Активные исследования ЭРД начаты в России около 40 лет назад усилиями многих организаций. За это время изучены практически все известные типы двигателей в широком диапазоне потребляемой мощности – электронагревные, дуговые, импульсные плазменные, магнитоплазмодинамические, холловские с замкнутым дрейфом электронов (стационарные плазменные ЭРД и двигатели с анодным слоем) и ионные двигатели. Наибольшие успехи достигнуты в разработках стационарных плазменных двигателей, выполненных в ОКБ «Факел» при активном участии ИАЭ, МАИ, НИИПМЭ МАИ, ЦИАМ, МИРЭА и др.

В настоящее время работы по данной тематике проводятся в трех организациях РКА: в Центре Келдыша (головной НИИ по ракетным двигателям и бортовой энергетике), в ОКБ «Факел» (головное КБ по разработке и производству ЭРД) и ЦНИИмаш (головной НИИ по ракетно-космическим системам; реализует собственные разработки в области ЭРД). Ряд работ ведется в НИИ электромеханики Минэкономики России, МАИ, НИИПМЭ МАИ, МГТУ им.Баумана и др. вузах России. 25-летний опыт штатного применения в космосе ЭРДУ на базе СПД разработки ОКБ «Факел» подтвердил высокую надежность, хорошее совпадение результатов наземных испытаний с эксплуатационными характеристиками, совместимость с др. системами спутников. Эти двигатели являются приоритетной разработкой и составляют основу программы работ РКА по электроракетным двигателям.

Холловские двигатели с замкнутым дрейфом электронов

В рамках работ по холловским двигателям, использующим в качестве рабочего тела ксенон, исследуются ЭРД с протяженной (стационарные плазменные двигатели – СПД) и с короткой (двигатели с анодным слоем – ДАС) зоной ускорения. Разработаны две разновидности ЭРД с анодным слоем – двухступенчатый (рабочее вещество ионизируется в одном разряде и ускоряется в другом) и одноступенчатый (ионизация и ускорения совмещены в одном разряде). Удельный импульс двухступенчатого двигателя лежит в диапазоне более 2000 сек, а одноступенчатого – от 1000 до 3000 сек. Подтвержденный ресурс СПД несколько выше, чем у ДАС. Последний при удельном импульсе более 3000 сек может по тяге конкурировать с ионными двигателями.

Практическое применение СПД началось с 1972 г. За это время в составе КА на орбите отработали 118 СПД разработки ОКБ «Факел», а около полусотни продолжают эксплуатироваться. Суммарная наработка в космосе составляет более 100 тыс час. ЭРДУ первого поколения на базе СПД-50 и СПД-60 использовались на КА разработки НИИ электромеханики, а начиная с 1982 г. установки на базе СПД-70 и СПД-100 применяются на КА разработки НПО ПМ и НПО им.Лавочкина. В настоящее время ОКБ «Факел» выполняет опытно-конструкторские работы по СПД-100 для новых геостационарных спутников связи «Экспресс-А» и «Экспресс-2000» и для перспективных спутников телевещания серии «Галс-Р16» разработки НПО ПМ.

Большой опыт успешной работы СПД в космосе позволил перейти к коммерческому использованию ЭРД данного класса. Двигатели СПД-70 и СПД-100 установлены на КА «Купон» системы «Банкир» разработки НПО им.Лавочкина (заказчик – Центробанк России), а также на разработках РКК «Энергия» (КА серии «Ямал», заказчик – РАО «Газпром») и НПО ПМ (SESat, заказчик – Eutelsat). Предполагается установить российские холловские ЭРД на западных КА Stentor, Omega, Celestri, Teledesic и др.

Увеличение сроков активного существования современных и перспективных геостационарных спутников, усложнение решаемых задач бортовой ДУ, ужесточение требований к двигателям по эффективности, надежности и совместимости с аппаратурой КА стимулируют создание новых и постоянное совершенствование уже созданных ЭРД в диапазоне мощности 0.5–1.5 кВт с целью:

– увеличения ресурса непрерывной работы до 10000 час и более;
– расширения диапазона эффективности по удельному импульсу до 2500–3000 сек;
– снижения расходимости струи для уменьшения влияния на элементы КА;
– управления вектором тяги для повышения точности и гибкости проведения коррекций КА.

Стационарный плазменный двигатель TAL-WSF, а по сути Д-55, успешно работает на американском военно-исследовательском КА STEX

Для реализации этих требований ОКБ «Факел» и НИИПМЭ МАИ проводят исследования по повышению характеристик СПД-100, а Центр Келдыша и ЦНИИмаш создают новые модели холловских двигателей Т-100 (типа СПД) и Д-55 (типа ДАС). На базе Д-55 создан двигатель TAL-WSF. Эти ЭРД имеют близкие выходные характеристики, обеспечивая тягу около 80 мН, удельный импульс 1600–1650 сек и КПД около 50%.

За последние 3–5 лет ЭРДУ стали устанавливаться на более широком спектре аппаратов. Создан ряд новых моделей двигателей, позволяющих расширить освоенный диапазон энергопотребления (0.5–1.5 кВт) как в сторону малых (50–350 Вт), так и в сторону больших мощностей (до 10 кВт на одном модуле).

Всемирный интерес к малым КА массой в десятки и сотни килограмм вызвал потребность в ЭРД с низким (менее 500 Вт) уровнем энергопотребления. Для этой цели разработаны двигатели СПД-35 и СПД-50 (ОКБ «Факел»), Х-40 (Центр Келдыша совместно с МАИ), малый СПД (НИИПМЭ МАИ), а также ДАС Д-38.

Стационарный плазменный двигатель Т-100, разработанный в Исследовательском центре им. М.В.Келдыша

Повышение энерговооруженности «тяжелых» КА и прогресс средств бортовой энергетики стимулируют создание мощных ЭРД для проведения межорбитальных перелетов, включая задачи от довыведения КА на рабочую орбиту до вывода спутников с низкой околоземной орбиты на геостационарную. Подобные двигатели могут найти применение в составе ДУ пилотируемых орбитальных станций для компенсации аэродинамического торможения и поддержания рабочей орбиты. Исследования РКК «Энергия», Центра Келдыша и ЦНИИмаш показали, что применение холловских ЭРД с энергопотреблением около 10 кВт вместо ЖРД для поддержания орбиты МКС позволит сэкономить за 10 лет эксплуатации 20 запусков кораблей «Прогресс М».

В данном классе мощности ОКБ «Факел» совместно с НИИПМЭ МАИ создали двигатели СПД-140, СПД-160 и СПД-180, в Центре Келдыша разработан двигатель типа СПД Т-160. В ЦНИИмаш на базе ускорителей с анодным слоем разработаны двигатели Д-100-1 (одноступенчатая) и Д-100-2 (двухступенчатая схема). Ведутся проработки ЭРД мощностью до 50 кВт в единичном модуле.

Вместе с достижением высокой эффективности ЭРД этого класса проводятся исследования по обеспечению ресурса до 10000 часов и более.

Одно из направлений деятельности РКА – организация и поддержка летных испытаний новых образцов служебных систем КА, а также проведение научно-прикладных летных экспериментов по изучению взаимодействия аппаратов с космической средой.

ЦНИИмаш ведет работы по двум программам испытаний ДАС в полете: совместно с НИИЭМ на КА «Метеор-3М» (двигательный блок на базе Д-55) и в рамках совместной программы (ЦНИИмаш, РКК «Энергия», ИКИ РАН с российской стороны и NASA, LeRC, Boeing, Moog с американской). В последнем случае с борта «Мира» предполагается запустить КА с ЭРДУ на базе двигателя Д-38 для отработки методологии сборки на борту станции и запуска субспутников, в т.ч. сборки и испытания ЭРДУ и демонстрации эффективности использования ЭРД для решения транспортной задачи изменения орбиты КА.

В Центре Келдыша готовится к летным испытаниям двигатель Т-160 в составе серийного КА связи «Экспресс-М» разработки НПО ПМ, которое имеет огромный опыт штатного применения ЭРДУ в составе геостационарных спутников собственной разработки. Энергопотребление двигателя составит около 5 кВт, что более чем втрое превышает мощность испытанных в космосе и планируемых к испытаниям СПД, позволяя перейти на использование мощных ЭРД в качестве маршевых систем аппаратов.

Ионные двигатели

Работы по ионным двигателям ориентированы на создание образцов ЭРД мощностью менее 500 Вт с перспективой применения в составе малых КА нового поколения. При снижении уровня энергопотребления и размеров ЭРД затраты на ионизацию вырастают, а КПД заметно снижается. Вследствие этого в настоящее время не создано эффективных ионных двигателей мощностью менее 300 Вт. Актуальной становится задача создания малогабаритных разрядных камер с высоким коэффициентом использования рабочего тела.

Центр Келдыша совместно с МАИ разработали два типоразмера ксеноновых ионных двигателей с диаметром ионного пучка 5 и 10 см мощностью 50–500 Вт. Первый обеспечивает тягу и удельный импульс в диапазонах 1.5–5.0 мН и 3100–3700 сек при потребляемой мощности 50–150 Вт, второй – 6–19 мН и 2470–3500 сек при энергопотреблении 150–500 Вт. КПД двигателей не хуже 55%. НИИПМЭ МАИ исследует возможность создания высокочастотного ионного ЭРД малой мощности.

Такие двигатели могут применяться на перспективных низкоорбитальных МКА связи и ДЗЗ для парирования внешних возмущений (аэродинамическое сопротивление, солнечное давление, гравитационные возмущения), поддержания структуры группировок, а также в системах довыведения на рабочую орбиту и последующего поддержания ее параметров.

Перенос первого коммерческого запуска Ariane 5

И.Афанасьев. «Новости космонавтики»

     Неготовность спутников задерживает два пуска носителей семейства Ariane, в т.ч. первый коммерческий запуск Ariane 5. Старт Ariane 44P с голландским КА связи передвинут по просьбе компании NewSkies Satellites для проверки солнечных панелей на спутнике K-TV.
     Запуск Ariane 5 (миссия 504) первоначально планировался на конец мая. Предыдущий полет ракеты, выполненный в октябре 1998 г., завершил программу квалификационных испытаний и позволил перейти к началу коммерческой эксплуатации нового поколения европейских тяжелых носителей. Сейчас пуск (полет №119) перенесен на начало июля из-за проблем со спутниками Telekom 1 и AsiaStar. Пока конкретная дата старта не названа – она зависит от готовности КА. Владельцем первого аппарата является индонезийская компания PT Telekomunikasi, а второго – компания-оператор службы прямого радиовещания WorldSpace.
     Американская корпорация Lockheed Martin устраняет неполадки в спутнике Telkom 1 на предприятии в Саннивелле, Калифорния, а французская компания Alcatel Space готовит к полету AsiaStar на заводе в Тулузе.
     Во время пресс-конференции в Токио председатель и главный исполнительный менеджер компании Arianespace Жан-Мари Лютон (Jean-Marie Luton) объявил о подписании контракта на запуск в 2000 и 2001 гг. спутников B-SAT-2а и -2b с использованием РН Ariane 4 или Ariane 5. КА будут построены американской компанией Orbital Sciences Corp (OSC).

По материалам Arianespace и InfoArt News Agency

Импульсные плазменные двигатели

Для решения задач с суммарным импульсом до 25–80 кН·с могут использоваться импульсные плазменные двигатели (ИПД).

НИИПМЭ МАИ совершенствует организацию рабочего процесса в эрозионных ИПД, отличающихся простотой конструкции, малой стоимостью изготовления и эксплуатации, способностью функционирования при уровнях потребления в единицы-десятки вольт. Один из путей повышения эффективности ИПД – улучшение процессов выхода рабочего тела в процессе разряда и ускорения его при взаимодействии с разрядным током.

В настоящее время показана возможность создания двигателя с энерговкладом в разряд 80–100 Дж, тяговой эффективностью 15–20%, скоростью истечения 10–14 км/с. Прототип такого ЭРД, созданный с учетом доработки системы энергопитания, проходит стендовую отработку. В будущем предполагается увеличить эффективность эрозионного ИПД на 20–25%.

Электротермические двигатели

Кроме СПД, на российских спутниках применялись электронагревные двигатели ДЭН-15 разработки НИИ электромеханики, которые успешно эксплуатируются в космосе с 1971 г. Ими оснащены КА «Метеор-3», «Метеор-Природа», «Ресурс-О» и геостационарный спутник «Электро». Мощность двигателя, работающего на аммиаке, изменяется в диапазоне 100–400 Вт, уровень тяги составляет 50–300 мН, а удельный импульс – 210–270 сек. Суммарный импульс тяги может достигать 500 кН·с.

Сейчас с целью повышения удельного импульса на базе двигателя ДЭН-15 разрабатывается дуговой двигатель ДЭНД-15, работающий на аммиаке, с потребляемой мощностью 800–900 Вт, тягой 170–200 мН и удельным импульсом 450–520 сек. Центр Келдыша ведет работы по гидразиновому электродуговому двигателю мощностью 0.6–2.0 кВт, тягой 100–300 мН и удельным импульсом более 500 сек. Работы по гидразиновым двигателям киловаттного уровня идут в ОКБ «Факел».

  

Vegaspazio – компания по производству носителя Vega

И.Черный. «Новости космонавтики»

     28 апреля в Collefero (Риме) Пьер Джорджио Ромити (Pier Giorgio Romiti), главный исполнительный менеджер компании FiatAvio, и Мишель Делайе (Michel Delaye), главный исполнительный менеджер и вице-президент отделения космических и оборонных систем компании Aerospatiale, подписали контракт о сотрудничестве при создании компании Vegaspazio – совместного предприятия с равнодолевым участием партнеров, которое будет отвечать за программу создания легкой РН Vega для ЕКА (см.НК №19/20, 1998). Штаб-квартира компании, выступающей в роли подрядчика и ответственного исполнителя, будет расположена в Collefero.
Трехступенчатая твердотопливная РН Vega предназначена для выведения на круговую приполярную орбиту высотой 700 км полезных грузов массой до 1 т типа научных спутников или аппаратов ДЗЗ для гражданских приложений. Дополнительным рынком будут спутники связи. Длина носителя – 28 м, стартовая масса – 130 т.
     Сегодня же подписан контракт на первый этап разработки РН Vega. Вся программа будет стоить 310 млн евро (328.6 млн $), 30 млн евро (31.8 млн $) из которых обеспечит промышленность, а остальные 280 млн евро (296.8 млн $) будут финансироваться через ЕКА. Фаза разработки, включая один испытательный пуск, займет четыре года, с тем чтобы получить пригодную к использованию систему к 2003 г.
     В Европе нет единства по поводу проекта Vega. Часть представителей промышленности говорит о необходимости правительственной поддержки программы, другие, напротив, утверждают, что «коммерческий рынок не требует такого носителя».
     ЕКА уже потратило 53 млн евро на предварительные исследования. Сейчас деньги требуются на полномасштабное производство ракеты и ее первый полет.
     По мнению председателя Arianespace Жан-Мари Лютона, производство «Веги» имеет смысл, только когда будут существовать планы создания спутников, соответствующих грузоподъемности носителя.
     Ряд высокопоставленных чиновников ЕКА оспаривает целесообразность разработки легкой ракеты, поскольку она «не соответствует европейскому процессу создания носителей. Наше правительство финансирует строительство ракет, заботясь о стратегической независимости доступа Европы в космос, но оно отказывается гарантировать рынок для таких носителей.» Несколько европейских компаний уже высказались против маркетинга «Веги», до тех пор, пока ЕКА не сможет гарантировать, по крайней мере, два пуска ракеты в год в первые несколько лет ее коммерческой эксплуатации.

По материалам Aerospatiale и Space News

   < ВЕРНУТЬСЯ

 

 

suzuki