Диссертация

В работе выполнено комплексное систематическое исследование индуктивного ВЧ разряда с внешним магнитным полем и без в прототипах ионных двигателей (ИД), работающих на газах остаточной атмосферы ультранизких околоземных орбит (УНОО) ~ 200 км – кислороде и азоте, а также их смеси с инертными газами. Экспериментально исследованы как интегральные характеристики прототипов ВЧ ИД, так и локальные характеристики плазмы, в зависимости от рабочей частоты (4 27 МГц), длины газоразрядной камеры (ГРК), величины внешнего магнитного поля (0 100 Гс), величины расхода рабочих газов. Обнаружены и исследованы принципиальные физические отличия разряда молекулярных газов в ГРК ВЧ ИД от разряда благородных газов ввиду сложной системы элементарных процессов в разряде. Оценён компонентный состав плазмы с помощью методов оптической спектроскопии, концентрация и температура электронов в разряде определены методом зондов Ленгмюра, измерены функции распределения ионов по энергиям (ФРИЭ) в вылетающем потоке ускоренных ионов и обнаружены увеличение средней энергии ионов и уширение ФРИЭ при уменьшении расходов газа. Построена глобальная (0-мерная) физическая модель разряда и проведено моделирование процессов в ГРК, вычисленные характеристики ВЧ ИД и плазмы в ГРК находятся в разумном согласии с экспериментом. Уточнены требования к воздушному электрореактивному двигателю (ВЭРД), предназначенному для обеспечения долговременных полётов на УНОО без больших запасов топлива на борту, и показано, что прототип ВЧ ИД способен обеспечивать требуемый удельный импульс 30 км/с в необходимом диапазоне рабочих расходов атмосферных газов при энергопотреблении менее 600 Вт. Показано и изучено положительное влияние добавки инертного газа в разряд атмосферных газов на характеристики ВЧ ИД: уменьшение температуры электронов, увеличение концентрации электронов, снижение износа двигателя, расширение рабочего диапазона ВЭРД на основе ВЧ ИД.