ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ ВОЛНОВОЙ ПЛАЗМЕННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2022 года по МПК F03H1/00 H05H1/54 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к космической технике, в частности к электроракетным двигательным установкам с электрическим ракетным двигателем (ЭРД) с безэлектродным источником плазмы и ускорительной ступенью, использующей в качестве рабочего тела широкий круг веществ, предназначенная, главным образом, для установки на космических аппаратах (КА) для их довыведения с опорной на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, ориентации, разгрузки систем ориентации, маневрам между орбитами, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).

Уровень техники

Известен аналог - изобретение More efficient RF plasma electric thruster (патент US6293090B1, опубликован 25.09.2001). Изобретение относится к электроракетным двигателям. Изобретение включает ВЧ-генератор, множество излучающих элементов, газоразрядную камеру, определяющую главную ось двигателя, магнитную систему, источник питания магнитной системы, систему подачи рабочего тела, соединенную с газоразрядной камерой.

Недостатком является то, что газоввод подсоединен к газоразрядной камере с одного из ее торцов. При этом теряется возможность использовать торец газоразрядной камеры для истечения плазмы и создания тяги в данном направлении. Таким образом, увеличиваются объем, масса и потребляемая мощность двигательной установки при размещении нескольких таких двигателей для управления несколькими осями тяги, что делает неэффективным или не возможным их использование на борту космического аппарата. Использование множества излучающих элементов, питающихся от одного ВЧ-генератора, для генерации плазмы в одной газоразрядной камере приведет к возникновению неустойчивостей в объеме генерируемой плазмы, которые связаны с различием генерируемых излучающими элементами электромагнитных излучений по длине канала, что в свою очередь приведет к уменьшению тяги и дельного импульса двигателя. Использование множества близко расположенных излучающих элементов, работающих на ВЧ-частотах приведет возникновению паразитных ВЧ емкостных разрядов как между самими изучающими элементами, так и между излучающими элементами и магнитной системы двигателя вследствие возникновения ВЧ емкостной связи между этими элементами, что в итоге снизит эффективность работы двигателя, в частности снизит удельные тягу и удельный импульс на единицу подводимой ВЧ-мощности, приведет к уменьшению ресурса двигателя вследствие разрушения элементов конструкции при их распылении возникающими ВЧ емкостными разводами, приведет к невозможности вклада мощности в плазму, т.е. к отказу работы двигателя, т.к. газоразрядная камера покроется продуктами распыленных металлических антенны и элементов двигателя. Ввод газа в начале газоразрядной камеры приведет к потерям мощности на процессы повторной ионизации рекомбинировавших частиц рабочего тела по длине газоразрядной камеры, что в свою очередь приведет с снижению удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу мощности.

Известен аналог - изобретение Helicon plasma electric propulsion device (патент CN104405603B, опубликован 12.04.2017). Изобретение относится к электро-ракетным двигателям. Изобретение включает минимум одно металлическое кольцо, составляющие корпус двигателя, первый и второй металлические фланцы, геликонную антенну, газоразрядную камеру, газоввод, минимум два кольца магнитов.

Недостатком является то, что газоввод подсоединен к газоразрядной камере с одного из ее торцов. При этом теряется возможность использовать торец газоразрядной камеры для истечения плазмы и создания тяги в данном направлении. Таким образом, увеличиваются объем, масса и потребляемая мощность двигательной установки при размещении нескольких таких двигателей для управления несколькими осями тяги, что делает неэффективным или не возможным их использование на борту космического аппарата. Ввод газа в начале газоразрядной камеры приведет к потерям мощности на процессы повторной ионизации рекомбинировавших частиц рабочего тела по длине газоразрядной камеры, что в свою очередь приведет с снижению удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу мощности. Использование геликонной антенны без защитных диэлектрических колец приведет возникновению паразитных ВЧ емкостных разрядов на поверхности как самой антенны, так и на поверхностях предлагаемого в изобретении двигателя вследствие возникновения ВЧ емкостной связи между этими элементами, что в итоге снизит эффективность работы двигателя, в частности снизит удельные тягу и удельный импульс на единицу подводимой ВЧ-мощности, приведет к уменьшению ресурса двигателя вследствие разрушения элементов конструкции при их распылении возникающими ВЧ емкостными разводами, приведет к невозможности вклада мощности в плазму, т.е. к отказу работы двигателя, т.к. газоразрядная камера покроется продуктами распыленных металлических антенны и элементов двигателя.

Известен ближайший аналог (прототип) - изобретение Ракетный двигатель малой тяги для космического летательного аппарата (патент RU2445510C2, опубликован 20.03.2012). Изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги. Изобретение включает газоразрядную камеру (главную камеру), определяющую ось сил тяги, инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру, антенну, генераторы магнитного поля, генератор электромагнитного поля, генератор для изменения направления магнитного поля.

Недостатком является то, что в изобретении есть только одно направление тяги газоразрядного канала. Инжектор ввода ионизируемого газа закрывает один из концов газоразрядной камеры, что в свою очередь приводит к неэффективности ее использования, т.к. при применении предложенного способа ионизации газа - электромагнитный, плазма может истекать из двух концов газоразрядной камеры. При разработке двигателя для космического аппарата (КА), в частности, двигателя с более чем одним вектором тяги, использование только одного торца газоразрядной камеры приведет к увеличению массы и габаритов двигателя, что вследствие приведет к удорожанию разработки и запуска КА или к невозможности использовать на борту КА. Предлагаемое устройство антенны, в частности использование в нем емкостно связанных электродов, является нецелесообразным для использования на борту КА. Это связано с тем, что паразитный емкостной разряд начнет возникать на всех элементах двигательной установки и КА, близко расположенных к емкостно связанным электродам, при этом емкостной разряд будет разрушать как сами электроды, так и элементы конструкции двигателя и КА. Проблема возникновения и последствий паразитного емкостного разряда описана в работе Takahashi, K. (2012). Radiofrequency antenna for suppression of parasitic discharges in a helicon plasma thruster experiment. Review of Scientific Instruments, 83(8), 083508 (doi.org/10.1063/1.4748271). Также использование емкостного разряда для ионизации рабочего тела является неэффективным способом генерации плазмы для космических двигателей, так как плазма высокочастотного емкостного разряда имеет низкую плотность (не выше 10¹⁶ м^-3) при низком давлении и низкой мощности, которой будет недостаточно для эффективной работы двигателя. Данные по плотности плазмы емкостного разряда представлены в работе Chabert, P., & Braithwaite, N. (2011). Physics of radio-frequency plasmas. Cambridge University Press. Предлагаемое устройство антенны, в частности использование в нем индуктивно связанной катушки, является нецелесообразным для использования на борту КА. Это связано с тем, что в данном случае энергия от индуктора в плазму будет передаваться как в трансформаторе, при этом коэффициент трансформации будет не выше 0,5. Учитывая потери мощности на линии ВЧ-генератор-Индуктор и потери в антенне, для генерации плотной плазмы (выше 10¹⁸ м^-3) потребуется высокая мощность (выше 800 Вт), делая невозможным использование двигателя с таким источником плазмы на КА, которые обладают низкой энерговооруженностью. Предлагаемое устройство антенны, в частности использование в нем антенн типов Double-Saddle и Loop, также является нецелесообразным для использования на борту КА. Это связано с тем, что, как и в случае с применением емкостно связанных электродов, при низких мощностях будут возникать паразитные емкостные разряды на поверхности самой антенны и на элементах конструкции двигателя и КА. При этом при долгой продолжительности этих процессов, вследствие распыления металлической антенны и металлических элементов конструкции двигателя, внешняя поверхность газоразрядной трубки покроется металлической пленкой, которая будет поглощать генерируемое антенной электромагнитное излучение и процесс ионизации рабочего тела внутри газоразрядной камеры будет невозможным, т.е. двигатель выйдет из строя. Предлагаемое местоположение инжектора для ввода газа в газоразрядную камеру является неэффективным с точки зрения вложения мощности в плазму и ионизации рабочего тела. При ионизации рабочего тела в начале газоразрядной камеры и при использовании в ионизаторе антенны, которая генерирует электромагнитные волны в плазме (предложенные в рассматриваемом изобретении антенны Double-Saddle и Loop), будет затрачиваться больше мощности на ионизацию и будет вкладываться меньше мощности в плазму, т.к. образование волн в плазме происходит за антенной, а именно волны эффективно ионизируют газ и вкладывают мощность в плазму. Использование большого количества магнитных систем является нецелесообразным, т.к. для ускорения плазмы достаточно одного магнитного сопла на выходе из газоразрядной камеры. Большое количество магнитных систем утяжеляет массу двигателя и занимает полезный объем, что делает непригодным использование такого двигателя на борту КА. В изобретении отсутствует система электромагнитного экранирования. Устройство, использующего электромагнитные волны и магнитное поле для генерации и ускорения плазмы, создает электромагнитное излучение, которое при поглощении элементов конструкции КА может вызвать возникновение магнитного момента, который начнет вращать КА, а также вызвать сбои в работе целевой нагрузки КА или вывести ее из строя.

Раскрытие изобретения

Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата с уменьшенными массой и габаритами для выполнения маршевых операций, коррекции и поддержания орбиты космического аппарата, его ориентации, маневров между орбитами, увода космического аппарата в конце его срока активного существования, обеспечивающего увеличение удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу потребляемой мощности, а также в котором не возникают паразитные разряды, разрушающие элементы конструкции двигателя и космического аппарата, отсутствуют потери при вкладе мощности в плазму на электромагнитной линии связи антенна-плазма, отсутствует влияние электромагнитного излучения на элементы конструкции двигательной установки и элементы конструкции космического аппарата, приводящее к вращению космического аппарата в пространстве.

Технический результат заключается в снижении массы и габаритов двигателя, увеличении удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу потребляемой мощности, исключении паразитных разрядов, разрушающих элементы конструкции двигателя и космического аппарата, исключении потерь при вкладе мощности в плазму на электромагнитной линии связи антенна-плазма, исключении влияния электромагнитного излучения на элементы конструкции двигательной установки и элементы конструкции космического аппарата, приводящее к вращению космического аппарата в пространстве.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата двунаправленный волновой плазменной двигатель для космического аппарата содержит газоразрядную камеру, определяющую ось сил тяги, антенну, модуль ВЧ-генератора, имеющий электрическую связь с антенной, магнитные системы, причем газоразрядная камера, выполнена открытой во внешнюю атмосферу с двух противоположных торцов с возможностью формирования двух векторов тяги, противоположных друг другу по направлению и имеющих общую ось, являющуюся осью газоразрядной камеры, причем антенна расположена на внешней стороне газоразрядной камеры и с внешней своей стороны окружена кольцом из диэлектрического материала, при этом на каждом из противоположных концов газоразрядной камеры расположено по одной магнитной системе.

Каждая из магнитных систем состоит из двух электромагнитов, соединенных с системой питания магнитных систем.

Первый электромагнит выполнен с возможностью создания поперечного, оси соответствующей газоразрядной камеры, магнитного поля, а второй электромагнит выполнен с возможностью создания осевого, параллельного оси газоразрядной камеры, магнитного поля, причем первый электромагнит расположен дальше от конца соответствующего торца газоразрядной камеры, чем второй электромагнит.

Двигатель дополнительно содержит элементы жесткой конструкции, состоящие из стержней, составляющих каркас, к которому прикреплены элементы конструкции и модули плазменного двигателя.

Двигатель дополнительно содержит систему электромагнитного экранирования, состоящую из элементов, покрывающих внешнюю поверхность элементов жесткой конструкции двигателя и поглощающих электромагнитное излучение.

Двигатель дополнительно содержит систему хранения и подачи рабочего тела, соединенную с газоразрядной камерой при помощи двух радиальных газовводов, герметично соединенных с газоразрядной камерой в двух местах, расположенных до мест расположения магнитных систем.

Двигатель дополнительно содержит управляющий модуль, выполненный с возможностью формирования управляющих воздействий на системы и модули двигателя, сбора информации о характеристиках модулей и систем двигателя, а также передачи собранной информации на борт космического аппарата для ее дальнейшей передачи на командный пункт.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - конструктивная блок-схема предлагаемого двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата;

Фиг. 2 - двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата, вид в изометрии.

Осуществление изобретения

Двунаправленный волновой плазменный двигатель предлагается использовать на космических аппаратах (КА), в том числе на малых космических аппаратах (МКА), для их довыведения с опорной на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, прецизионной ориентации, разгрузки систем ориентации, маневрам между орбитами, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).

Заявленный двигатель выполнен двунаправленным и состоит из следующих элементов с их функциями:

- газоразрядной камеры (2), жестко соединенной с элементами жесткой конструкции (1) двигателя. Газоразрядная камера выполнена из диэлектрического материала в виде цилиндра со стенками, толщина которых может быть в разном исполнении, но такой, чтобы на оси цилиндра был сквозной цилиндрический тракт, расположенный внутри объема двигателя. На внешней поверхности газоразрядной камеры (2) закреплена антенна (9), генерирующая электромагнитное поле внутри газоразрядной камеры для ионизации рабочего тела. Каждый противоположный торец газоразрядной камеры открыт во внешнее пространство. На каждом противоположном конце (торце) газоразрядной камеры (2) имеется по одной магнитной системе. Каждая магнитная система содержит два электромагнита - электромагнит (5), создающий осевое, совпадающее с осью газоразрядной камеры (2), магнитное поле, и электромагнит (6), создающий перпендикулярное оси газоразрядной камеры (2) магнитное поле. Газоразрядная камера (2) является каналом (трактом), где генерируется плазма. Ось газоразрядной камеры (2) совпадает с осями управляющих воздействий на космический аппарат, т.е. ось газоразрядной камеры (2) совпадает с векторами сил тяги F_Т, создаваемыми ускоренными потоками плазмы, выходящими из газоразрядной камеры (2). Из газоразрядной камеры (2) ускоренный поток плазмы может выходить по двум противоположным направлениям, т.е. газоразрядная камера (2) имеет два вектора тяги, имеющих общую ось, являющуюся осью газоразрядной камеры (2), но противоположных по направлению. За счет выполнения газоразрядной камеры двигателя открытой во внешнюю атмосферу с двух противоположных торцов, обеспечивая возможность формирования двух векторов тяги, противоположных друг другу по направлению, может быть уменьшены вес и габариты космического аппарата, поскольку для формирования двух векторов тяги достаточно не двух отдельных двигателей, каждый из которых формирует один вектор тяги, а одного, заявленного, с двумя открытыми во внешнюю атмосферу торцами.

На каждом конце газоразрядной камеры (2) до места расположения электромагнитов (5) и (6) магнитной системы имеется место герметичного соединения с радиальными газовводами системы хранения и подачи рабочего тела (3);

- антенны (9), электрически соединенной по линии электрической связи с модулем ВЧ-генератора (4). Антенна (9) беспечивает исключение потерь при вкладе мощности в плазму на электромагнитной линии связи антенна-плазма, расположена на внешней поверхности газоразрядной камеры (2), например, по центру. На антенну (9) по линии связи ВЧ-генератора с антенной от модуля ВЧ-генератора (4) подается ВЧ-мощность, которая преобразуется антенной (9) в переменное электромагнитное поле внутри газоразрядной камеры (2). Переменные электромагнитные поля, создаваемые антенной (9) внутри газоразрядной камеры (2), вызывают колебания электронов рабочего тела, вводимого в газоразрядные камеры (2) радиальными газовводами системы хранения и подачи рабочего тела (3). Колебания электронов рабочего тела внутри газоразрядной камеры (2) вызывают лавинную ионизацию рабочего тела, т.е. происходит процесс плазмообразования внутри газоразрядной камеры (2). При наличии осевого магнитного поля, создаваемого электромагнитами (5) магнитной системы, электромагнитные поля, генерируемые антенной (9), вызывают процесс образования собственных электромагнитных волн в плазме, в частности геликонных волн, которые в свою очередь создают волны Трайвелписа-Гоулда или косые волны Ленгмюра, которые увеличивают степень ионизации плазмы внутри газоразрядной камеры (2) и эффективно вкладывают мощность, передаваемую антенной (9), в плазму внутри газоразрядной камеры (2). На внешней поверхности антенны (9) закреплено кольцо (10) из диэлектрического материала, обеспечивающее исключение влияния электромагнитного излучения на элементы двигателя, т.е. антенна закрыта кольцом из диэлектрического материала. Увеличение удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу потребляемой мощности обеспечивается за счет того, что антенна создает плазму, а затем генерирует электромагнитные волны в ней, которые эффективно вводят мощность в плазму;

- кольца (10) из диэлектрического материала, закрепленного на внешней поверхности антенны (9), закрывающего антенну с ее внешней стороны от остального объема двунаправленного волнового плазменного двигателя. Кольцо (10) может быть выполнено из любого диэлектрического материала, например, Al2O3, керамического стекла. Кольцо (10) из диэлектрического материала препятствует распространению электромагнитного излучения, создаваемого антенной (9), во внутренний объем двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата. Кольцо (10) из диэлектрического материала препятствует образованию паразитных емкостных разрядов на поверхности антенны (9), а также на элементах конструкции двигателя;

- магнитных систем, каждая из которых располагается на одном из двух концов газоразрядной камеры (2), и состоит из электромагнитов (5) и (6), электрически соединенных с источниками питания (7) электромагнитов, при этом электромагниты (5) создают осевое, совпадающее с осью газоразрядной камеры (2), магнитное поле, а электромагниты (6) создают перпендикулярное осевой линии газоразрядной камеры (2) магнитное поле. Электромагниты (5) расположены ближе к открытым торцам газоразрядной камеры (2), электромагниты (6) расположены рядом с электромагнитами (5) со стороны, которая дальше от соответствующего торца газоразрядной камеры (2). Электромагниты (5), расположенные непосредственно возле торца газоразрядной камеры (2), создающие осевое магнитное поле, параллельное оси газоразрядной камеры (2), ускоряют плазму, генерируемую в газоразрядной камере (2) при помощи четырех механизмов ускорения плазмы - электростатического, электромагнитного, газодинамического, Джоулева нагрева. Электромагниты (6), создающие поперечное осевой линии газоразрядной камеры (2) магнитное поле, служат в качестве плазменных линз, т.е. регулируют поток плазмы при прохождении поперечного оси газоразрядной камеры (2) магнитного поля за счет создания объемного заряда, который может препятствовать течению потока плазмы в заданном направлении. Таким образом, электромагниты (6) выполняют роль плазменных линз для того, чтобы уменьшить количество плазмы, истекающее по одному из двух возможных направлений газоразрядной камеры (2) или запрещают истекать плазме по одному из направлений, т.е. при помощи электромагнитов (6) можно управлять векторами тяги, создаваемыми с каждого торца газоразрядной камеры (2);

- модуля ВЧ-генератора (4), который обеспечивает подачу и регулирование мощности, вкладываемой в плазму газоразрядной камере (2) при помощи антенны (9), имеющей линию электрической связи с модулем ВЧ-генератора (4). Регулирование мощности, вкладываемой при помощи антенны (9) в плазму в газоразрядной камере (2) необходимо для того, чтобы регулировать векторы тяги F_Т, соответствующие направлениям выхода плазмы из газоразрядной камеры (2);

Также двигатель может дополнительно содержать:

- систему (3) хранения и подачи рабочего тела, включающую минимум один бак для хранения рабочего тела, два радиальных газоввода, которые герметично соединены с элементами подачи рабочего тела системы (3) и герметично соединены с каждым из концов газоразрядной камеры (2) до места расположения электромагнитов (5) и (6) магнитных систем, которые имеют герметичное соединение с минимум одним баком для хранения рабочего тела. Система (3) хранения и подачи рабочего тела жестко закреплена на элементах жесткой конструкции (1) двигателя. Система (3) хранения и подачи рабочего тела служит для хранения рабочего тела в баке, подготовки и регулировании расхода рабочего тела в элементах подачи рабочего тела, ввода рабочего тела в газоразрядную камеру (2) при помощи радиальных газовводов;

-модуль преобразования бортового питания, электрические соединенную с источниками бортового питания на борту космического аппарата, модулем ВЧ-генератора, источниками питания магнитной системы;

- управляющий модуль (8), который задает управляющие воздействия на систему преобразования бортового питания, систему хранения и подачи рабочего тела, модуль ВЧ-генератора, источники питания магнитной системы, собирает информацию о характеристиках модулей и систем двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата, передает эту информацию на борт космического аппарата для ее дальнейшей передачи на командный пункт, получает информацию об управляющих воздействиях, которые были направлены на борт космического аппарата с командного пункта;

- элементы жесткой конструкции (1) двигателя, образующие каркас и систему электромагнитного экранирования, состоящую из экранирующих элементов, закрепленных на каркасе. Элементы жесткой конструкции двигателя состоят из стержней, составляющих ферму, к которой крепятся элементы конструкции и модули плазменного двигателя, боковые поверхности которой закрыты элементами системы электромагнитного экранирования, дополнительно исключающими влияние электромагнитного излучения на космический аппарат, при этом на одних из двух противоположных боковых поверхностях фермы двигателя находится по одному отверстию для концов газоразрядной камеры, при этом одна из боковых поверхностей крепится к космическому аппарату. Элементы жесткой конструкции двигателя выполняют функцию поддержания составных частей двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата, таких как газоразрядная камера (2), система хранения и подачи рабочего тела (3), модуль ВЧ-генератора (4), магнитные системы (электромагниты 5,6), источники питания магнитных систем (7), управляющий модуль (8). Элементы жесткой конструкции (1) двигателя жестко соединяются с космическим аппаратом. Элементы жесткой конструкции (1) двигателя воспринимают силы тяги, передающиеся элементам жесткой конструкции (1) двигателя от электромагнитов (5), которым силы тяги передаются от плазмы, выходящей из газоразрядной камеры (2) по линиям осевых магнитных полей, генерируемых электромагнитами (5). Элементы жесткой конструкции (1) двигателя передают воспринимаемые ими силы тяги на корпус космического аппарата по жесткой связи между элементами жесткой конструкции (1) двигателя и корпусом космического аппарата, тем самым приводя космический аппарат в движение в космическом пространстве. Система электромагнитного экранирования, входящая в состав элементов жесткой конструкции (1) двигателя и системы электромагнитного экранирования, состоит из тонких элементов, поглощающих электромагнитное излучение, например, выполненных из меди, железа (кроме сталей). Тонкие элементы системы электромагнитного экранирования покрывают внешнюю поверхность двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата. Система электромагнитного экранирования служит для устранения воздействия электромагнитного излучения и магнитных полей двунаправленного волнового плазменного двигателя для космического аппарата на элементы конструкции, системы и модули космического аппарата;

Одной из основных задач, которую решает двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата - это создание двух векторов тяги и одного вращающего момента, выполняющих управляющие воздействия на космический аппарат для довыведения КА с опорной на целевую орбиту, коррекции и поддержания орбиты, прецизионной ориентации, разгрузки систем ориентации, маневрам между орбитами, увода КА с целевой орбиты в конце его срока активного существования (САС).

В перспективных разработках в области электроракетных двигателей (ЭРД) рассматривается применение магнитного сопла с целью контроля плазменного потока, т.е. его ускорения. ЭРД, использующие магнитные сопла, классифицируются как электромагнитные, и включают магнитоплазмодинамические, геликонные двигатели и двигатель VASIMR. Эти передовые двигатели необходимы для того, чтобы отвечать требованиям будущих космических миссий и разрабатываются для производства большого удельного импульса и тяги большей, чем у существующих ЭРД при том же уровне мощности.

Магнитные сопла, представленные в изобретении электромагнитами, подобно соплам Лаваля, преобразуют термическую энергию частиц рабочего тела или их хаотически направленную кинетическую энергию в направленную кинетическую энергию. Преимущество магнитных сопел заключается в том, что минимизирован контакт высокотемпературной плазмы с поверхностью сопла, при этом магнитные сопла предоставляют возможность использования дополнительных механизмов образования тяги за счет взаимодействия плазмы и их магнитных полей.

Вклад мощности в плазму, отрыв плазмы от магнитных линий и передача импульса ускоренной плазмы в электромагнитном поле, созданном антенной (9), по линиям магнитного поля, созданного электромагнитами магнитных систем, являются важными этапами для генерирования тяги в магнитном сопле. Механизмы, при помощи которых извлекается кинетическая энергия из плазмы при помощи электромагнитов магнитных систем для создания сил тяги, включают закон сохранения адиабатического инварианта магнитного момента, силы электрического поля, направление термической энергии и нагрев Джоуля. Механизмы отрыва плазмы включают резистивную диффузию магнитного поля, процессы рекомбинации в плазме, магнитное пересоединение линий магнитного поля, потеря адиабатичности процесса расширения плазмы, эффекты инерционных сил и эффекты расслоения линий собственных электромагнитных полей. Процесс передачи импульса от плазмы к космическому аппарату является следствием взаимодействия между линиями приложенного магнитного поля, созданного электромагнитами и индуцированных потоков, которые формируются вследствие магнитного давления.

Три ключевых этапа требуются для образования тяги в магнитном сопле:

- Преобразование магнитоплазменной энергии в направленную кинетическую энергию;

- Эффективный отрыв плазмы от линий магнитного поля;

- Передачу момента импульса от плазмы к космическому аппарату.

Основные механизмы преобразования энергии в магнитном сопле и соответствующие им типы ускорения, между которыми энергия передается, представлены ниже:

-Сохранение адиабатического инварианта магнитного момента (ускорение в электромагнитном поле);

-Ускорение в электрическом поле;

-Направление движения термически нагретых частиц (газодинамическое ускорение);

-Нагрев Джоуля (термическое ускорение).

Сохранение адиабатического инварианта магнитного момента.

Магнитный момент частицы является адиабатически постоянным при движении, если изменение магнитного поля при одном периоде циклотронного движения во много раз меньше, чем величина индукции магнитного поля. Условия адиабатичности могут быть представлены различными зависимостями. Наиболее часто используемое условие определяется отношением Ларморовского радиуса частицы к характеристическому размеру изменения магнитного поля определяемого как :

.

Для дальнейшего описания адиабатного обмена энергии положим упрощенное энергетическое выражение для изоэнтропической, бесстолкновительной и эквипотенциальной плазмы в следующем виде:

.

Из этих уравнений сохранения видно, что уменьшение силы магнитного поля приводит к увеличению скорости частиц, параллельной магнитному полю. Это поведение подобно знакомой физике магнитного зеркала. Объединение этих уравнений приводит к следующему соотношению для скорости, параллельной магнитному полю:

.

Дополнительное понимание может быть получено, если предположить, что поток, в котором изначально преобладает перпендикулярная составляющая скорости постепенно течет в область с очень маленьким магнитным полем. Выражение выходной скорости для этого потока показано ниже и является выражением для полного преобразование энергии, связанной с магнитным моментом, параллельным кинетической энергии:

.

Ускорение электростатическим полем.

Ускорение электростатическим полем может быть вызвано формированием амбиполярных полей или двойных слоев. Эти механизмы являются результатом высокой подвижности электронов по сравнению с ионами. Эта повышенная подвижность характеризуется тепловой скоростью. В расширяющихся магнитных соплах подвижные электроны формируют градиент электронного давления перед медленными ионами. Для поддержания квазинейтральности формируется электрическое поле, которое ускоряет ионы и замедляет электроны. Это приводит к обмену энергией между тепловой скоростью электронов и скоростью ионного потока.

Хотя амбиполярное ускорение и ускорение в двойном слое обусловлены схожей физикой, они совершенно разные. Двойные слои характеризуются изменение потенциала в области нескольких длин Дебая, в то время как измерение потенциала при амбиполярном механизме может быть порядка характерных размеров системы.

Направление движения термически нагретых частиц.

Кинетическая энергия может быть получена путем направления тепловой энергии. Сопла Лаваля направляют тепловое движение в осевом направлении через сходящуюся-расходящуюся физическую стенку. Магнитные сопла делают это путем ограничения плазмы в необходимую геометрическую форму при помощи сильного направляющего поля. Физика преобразования энергии основана на гидродинамике, а геометрия магнитного сопла определяется взаимодействием плазмы с магнитным полем. Это подразумевает, что соотношения, основанные на гидродинамике, аналогичные тем, которые используются при анализе сопел Лаваля, могут быть использованы для анализа этого преобразования энергии, если пренебречь потерями, появляющимися при образовании магнитной стенки.

Основное условие ограничения плазмы применительно к тепловым силам характеризуется отношением давления сплошной среды к магнитному давлению, представленного в следующем выражении:

.

Если это соотношение удовлетворяется, т.е. магнитное давление сильнее, чем тепловое давление, то ограничение плазмы возможно, но не гарантировано. Ограничение плазмы может также потребовать формирование токового слоя на границе плазмы и вакуума. Процессы диффузии и конвекции могут ухудшить токовый слой, поэтому они должны быть поняты для того, чтобы потери, вызванные не идеальностью ограничения плазмы.

Нагрев Джоуля.

Обмен энергией также может возникнуть при взаимодействии электромагнитных и гидродинамических полей. Такой обмен лучше всего описывается уравнением энергии магнитогидродинамики, приведенного ниже:

.

Правая часть выражения, представленного выше, является выражением для нагрева по закону Джоуля-Ленца и описывает энергию, полученную сплошной средой вследствие потери энергии электромагнитным полем. Такая же часть выражения, только с обратным знаком, представлена в уравнении энергии электромагнитного поля:

.

Отрыв плазмы.

Для того, чтобы магнитное сопло создало тягу направленная кинетическая энергия должна отсоединиться от линий приложенного поля. Механизмы отсоединения плазмы стали главным аспектом при проектировании магнитного сопла в попытке минимизировать потери, связанные с силами электромагнитного сопротивления и расхождения плазменного потока. Механизмы плазменного отсоединения должны быть разделены на три категории: столкновительные, бесстолкновительные и отсоединения за счет пересоединения магнитных линий.

Столкновительный отрыв. Столкновительный отрыв может быть достигнут путем Бомовской диффузии поперек линиям магнитного поля и рекомбинации ионов и электронов.

Бомовская диффузия. Предполагается, что Бомовская диффузия является фактором достижения отсоединения и определяется диффузией плазмы поперек линий магнитного поля. Бомовская диффузия представляет противоречивые требования для первоначального связывания, необходимого для правильной геометрии сопла и конечного поперечного диффузионного поля, необходимого для отсоединения. Удельное сопротивление также должно быть уменьшено. Предполагается, что постепенно расходящееся магнитное поле более подходит для обеспечения Бомовского отрыва плазмы.

Магнитное число Рейнольдса используется для количественной оценки связывания плазмы в магнитном сопле. Для больших значений, пренебрегают Бомовским отсоединением по сравнению с эффектами конвекции и связывание достигается. Для промежуточных значений, диффузия является важной, и плазма может двигаться поперек линий магнитного поля. Поэтому большие значения магнитного числа Рейнольдса требуются для связывания, в то время как промежуточные и малые значения требуются для отрыва. Важно отметить, что хотя магнитное число Рейнольдса дает понимание диффузионного режима, количественное сравнение следует проводить с осторожностью вследствие неоднозначности выбора линейного масштаба. Магнитные числа Рейнольдса лучше всего использовать для качественного сравнения и могут быть использованы для количественного сравнения для систем, которые физически и геометрически подобны.

Метод прогнозирования величины, при которой плазма будет диффундировать через магнитный барьер, был изучен и предполагает, что плазма может проявлять аномальное удельное сопротивление, которое на несколько порядков больше, чем предсказанное классической теорией плазмы и Бомовской диффузией. Существование аномального удельного сопротивления, следовательно, должно быть рассмотрено численными методами. В качестве средства обеспечения резистивного отрыв Бомовская диффузия рассматривалась в большей степени как неэффективной в силу побочных воздействий, которые будут влиять на процесс выработки тяги, так же, как и расходящаяся диффузия, которая возможно будет иметь место. Тем не менее нельзя пренебрегать резистивными эффектами, так как они могут иметь важное значения при проведении экспериментов. Отрыв плазмы в дальней области от среза магнитного сопла вследствие резистивных эффектов может быть интересен в частности в области, близкой к оси сопла, где время пролета связанных частиц может быть больше по сравнению со времен между столкновениями.

Процессы рекомбинации. Процессы рекомбинации частиц реализуют отрыв плазмы вследствие образования нейтральных частиц, которые больше не подвержены влиянию магнитных полей. Процесс образования нейтралов в первую очередь является следствием рекомбинации трех частиц, в котором две из них одного знака взаимодействую с другой противоположного знака, образуя нейтрал и высокоэнергитичную частицу. Процесс рекомбинации требует наличия ион-электронной частоты столкновений на достаточно высоком уровне, который обеспечит эффективный отрыв. Хотя первоначальное рассмотрение процесса рекомбинации как средства достижения отрыва не является обнадеживающим, частота рекомбинации может быть повышена за счет конфигурации резко убывающего магнитного поля или быстрого охлаждения электронов в расширяющемся сопле.

Бесстолкновительный отрыв. Основными средствами для достижения бесстолкновительного отрыва являются потеря адиабатичности, эффекты электронно инерции и эффекты наведенного магнитного поля.

Потеря адиабатичности. Отрыв вследствие потери адиабатичности происходит, когда условия адиабатного расширения плазмы в расходящемся магнитном поле нарушаются и плазма, как результат, становится размагниченной. Размагничивание плазмы подразумевает, что частицы больше не подвержены воздействию, которое заставляет их вращаться вокруг одной линии магнитного поля. Такой режим может быть лучше всего продемонстрирован при помощи представления частицы, которая начинает вращаться вокруг одной линии магнитного поля, а затем в течение своего вращения, пересекая совершенно другую линию магнитного поля, изменяя при этом орбиту движения.

Потеря адиабатичности присуща как ионам, так и электронам, но в большей степени ионам, чем электронам, так как размагничивание ионов более вероятно вследствие их значительно большего Ларморовского радиуса по сравнению с электронным. Теоретически предполагается, что потеря адиабатичности только ионов не гарантирует отрыв, вследствие формирования электрических полей между связанными электронами и истекающими оторвавшимися ионами. Отрыв в данном частном сложном случае относится к инерционному отрывы отдельных частиц плазмы и будет обсужден в следующем параграфе. Потеря адиабатичности описывает процесс отрыва отдельных частиц плазмы, однако, отрыв всей истекающей плазмы гарантирован только в случае, когда и ионы, и электроны размагничены. Отрыв вследствие потери адиабатичности также может быть изучен при помощи при помощи более сложного Лагранжевого инварианта, которые определяет отдельные области, в которых заряженные частицы могут находиться.

Инерционный отрыв. Как было сказано в предыдущем параграфе, при инерционном отрыве рассматривается случай, когда только частицы одного вида размагничиваются и формируется электрическое поле, поддерживающее квазинейтральность выходящего из сопла потока плазмы. Однако отрыв плазмы все еще может быть достигнут частицами, которые имеют достаточную инерцию для того, чтобы преодолеть силы связывающего магнитного поля. Гибридный Ларморовский радиус, основывающийся на гибридной массе частиц, был введен для упрощения изучения этой модели. Отрыв в данном случае может рассматриваться как дрейф гибридных электрон-ионных частиц. Отношение магнитной инерции к инерции потока плазмы описывается безразмерной величиной, представленной в следующем выражении:

.

Значительные теоретический и численный вклады были внесены в изучение эффективности процесса инерционного отрыва, при этом одна группа исследователей полагали, что размагничивание, базирующееся на гибридном Ларморовском радиусе, является эффективным средством для отрыва, а другие считали, что только при размагничивании электронов может эффективно быть достигнут отрыв плазмы.

Отрыв вследствие инерционного механизма часто относят к нижнему пределу отрыва, который может быть усилен при помощи других механизмов.

Отрыв за счет наведенных полей. Отрыв плазмы вследствие наведенных магнитных полей возможен либо за счет удлинения магнитного поля в бесконечность, либо за счет нейтрализации внешнего приложенного магнитного поля и таким образом размагничивания плазмы. Эффективность отрыва за счет наведенных полей может быть изучена при рассмотрении токов, которые эти поля создали.

Удлинение магнитного поля происходит, когда кинетическая энергия плазмы превосходит магнитную энергию, или другими словами, когда газодинамическая скорость плазмы превышает скорость Альфвена. Удлинение магнитного поля характеризуется безразмерным параметром, представленным в следующем выражении:

.

Когда это неравенство удовлетворено, плазма считается суперальфвеновской и движется быстрее, чем скорость, с которой изменения в магнитном поле воздействуют на поток. В результате, линии магнитного поля за счет сил трения удлиняются в бесконечность, оставаясь как бы вмороженными в плазменный поток. Токи, требуемые для режима суперальфвеновского отрыва являются парамагнитными, что в результате приводит к сходящемуся отрыву, однако увеличивает потери тяги вследствие сил притяжения между приложенным полем и полем наведенных токов. Теоретические исследования показали, что переходный режим между доальфвеновским течением и суперальфвеновским течением может минимизировать потери при отрыве плазмы, т.к. магнитное поле будет расходиться медленно. При экспериментальных исследованиях было предположено, что режим отрыва вследствие удлинения магнитного поля более вероятен, чем размагничивание ионов, при этом результаты экспериментов согласуются с результатами численного моделирования. Тем не менее удлинение магнитных линий не может быть измерено. Результаты других экспериментальных исследований и компьютерных моделирований также показали суперальфвеновский отрыв и определили механизм самоколлимации плазменного потока.

Нейтрализация внешнего приложенного магнитного поля при помощи наведенного поля относится к процессу саморазмагничивания и происходит вследствие формирования диамагнитных токов в плазме. Эти токи создают осевую ускоряющую силу. Диамагнитные токи, которые способствуют отрыву, выгодны за счет передачи момента космическому аппарату, однако создают расходящуюся плазменную струю. Конфигурация линий магнитного поля для достижения данного вида отрыва похожа на ту, которая будет рассмотрена в случае отрыва при магнитном пересоединении. Отрыв при саморазмагничивании был показан методом компьютерного моделирования.

Пересоединение линий магнитного поля. Задача о пересоединении линий магнитного поля широко изучается в физике плазмы, однако до настоящего момента эта задача была недостаточно изучена применительно к вопросу отрыва плазмы для создания тяги. Явление проявления отрыва плазмы за счет магнитного пересоединения замечают при корональном выбросе массы на Солнце и магнитном связывании при термоядерных экспериментах.

В работе Shumeiko, A. I., & Telekh, V. D. (2019, November). Probe diagnostics of the plasma plume created by a magnetic nozzle of an inductively coupled plasma source. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1393, No. 1, p. 012027). IOP Publishing (doi:10.1088/1742-6596/1393/1/012027) приведены результаты измерения скорости потока плазмы на выходе из магнитного сопла (в изобретении электромагниты), ускоренного при помощи электростатического ускорения плазмы, т.е. образования двойного электростатического слоя в потоке плазмы на выходе из магнитного сопла. В данной статье рассмотрена конструкция двигателя с одним вектором тяги, и приведена для примера подтверждения возможности ускорения плазмы безэлектродным методом.

В работе исследовали лабораторную модель двигателя с геликонным источником плазмы и магнитным соплом ABHPT. Двигатель состоял из разрядной камеры (в изобретении газоразрядная камера (2)) из кварцевого стекла с закрытым концом, толщиной стенки 3 мм, внутренним диаметром 50 мм и длиной 200 мм. На открытом конце разрядной камеры находилась мембрана с отверстием диаметром 20 мм, которое служило для формирования коллимированного потока плазмы.

Геликонная антенна (в изобретении антенна (9)) длиной 12 см, изготовленная из меди, окружала газоразрядную камеру и была прикреплена к одному из фланцев вакуумной камеры. Антенна находилась в нескольких миллиметрах от газоразрядной камеры, чтобы минимизировать емкостную связь и уменьшить тепловые эффекты. Электромагниты создавали расходящееся магнитное поле с максимальной величиной магнитного поля в 200 Гс.

ABHPT был установлен внутри вакуумной камеры диаметром 0,7 м и длиной 1 м. Камера была изготовлена из немагнитной нержавеющей стали, которая устойчива к деформации, вызванной тепловыми циклами, высоким вакуумом и дегазацией, для моделирования вакуумных условий низкой околоземной орбиты (НОО), в которых давление обычно составляет менее 10^-2 Па. Вакуумная камера имела турбомолекулярную/роторную насосную систему, которая поддерживала базовое давление менее 10-3 Па, а эффективная скорость откачки, измеренная для воздуха, составляла приблизительно 300 л⋅с^-1. При таких давлениях может быть смоделирована тепловая среда космического пространства, поскольку теплопроводность газов мала по сравнению с лучистой теплопередачей. Давление в камере измерялось с помощью устройства MKS 220CA Baratron, которое было расположено на одном из фланцев вакуумной камеры.

Четыре фланца вакуумной камеры обеспечивали подвод линий подачи рабочего тела, электрического питания для электромагнитов, высокочастотного тока для антенны и питания схемы систем диагностики плазмы. Рабочее тело (воздух) подавалось в газоразрядную камеру с использованием полиамидной трубки, прикрепленной к ее закрытому концу, а его расход регулировался регулятором массового расхода, установленным снаружи вакуумной камеры. В качестве регулятора расхода использовался регулятор массового расхода MKS Type 2160B.

Устройства ВЧ согласования нагрузка/генератор снаружи вакуумной камеры было соединено с антенной ABHPT коаксиальным кабелем RG-213 и двумя медными стержнями, заключенными в медный экран. Высокочастотная мощность (13,56 МГц) поддерживалась на уровне 120 Вт, чтобы уменьшить тепловую нагрузку на ABHPT. По тем же причинам ток, приложенный к каждому соленоиду, был ограничен 2 А, чтобы избежать перегрева и плавления медного провода соленоида.

Для подтверждения характеристик ABHPT, необходимых для поддержки вышеупомянутого КА на орбите 200 км, функция распределения энергии ионов и локальный потенциал плазмы измерялись как анализатором энергии ионов (АЭИ) и зондом Ленгмюра соответственно.

АЭИ устанавливался на осевой линии ABHPT и вакуумной камеры. АЭИ состоял из трех сеток и коллекторной пластины. Частицы плазмы поступали в анализатор через 5-миллиметровое отверстие в пластине с отверстиями из нержавеющей стали толщиной 0,1 мм. Пластина с отверстиями находилась в электрическом контакте с корпусом анализатора, который был соединен с заземленной вакуумной камерой. Напряжения на сетках анализатора устанавливали на -90, -20 и -10 В. Измеренный ток представлял собой сумму тока коллектора и тока вторичной сетки, которая соответствует любым вторичным электронам, испускаемым из пластины коллектора при воздействии ионов. Для этого смещение вторичной сетки устанавливалось на -20 В. Анализатор использовался только в режиме сбора ионов. Напряжение на сетке дискриминатора изменялось от 0 до -150 В с шагом 0,5 В, причем 100 измерений тока усреднялись на каждый шаг измерений.

Зонд Ленгмюра монтировался на осевой линии ABHPT. Напряжение на смещающем источнике изменялось от -150 до 150 В с шагом 0,5 В, при этом 100 измерений тока усреднялись на каждый шаг, чтобы получить усредненную по времени кривую I-V. Локальный плазменный потенциал определялся производной кривой I-V.

Характеристики плазмы и плазменного потока, созданных ABHPT, были исследованы при расходе рабочего тела 1,5 мг⋅с^-1, давлении 50 мП, магнитном поле 200 Гс и ВЧ-мощности 120 Вт. Локальный потенциал плазмы Vlocal, измеренный зондом Ленгмюра, соотвествовал месту расположения наибольшего градиента магнитного поля и в этом положении составлял 60 В относительно камеры. Измеренная энергия ионов в этой точке была равна 80 В. В этом случае скорость потока плазмы, выходящего из магнитного сопла (в изобретении электромагниты), равнялась 11 км⋅с^-1.

Это исследование продемонстрировало экспериментальные результаты тестирования ABHPT в условиях НОО. Эти результаты показывают, что двигатель с магнитным соплом (в изобретении электромагниты) может успешно поддерживать КА на НОО. Показано, что ионы, генерируемые в источнике волновой (геликонной) плазмы, могут ускоряться в ABHPT магнитным соплом при помощи механизма электростатического ускорения, обеспечивающегося формирующимся двойным электростатическим слоем на выходе из магнитного сопла, до скоростей 11 км⋅с^-1 при мощности 120 Вт. Двигатель создавал тягу в 18 мН.

Выполнение заявленного двигателя вышеуказанным образом обеспечивает снижение массы и габаритов космического аппарата, исключение паразитных разрядов, разрушающих элементы конструкции двигателя и космического аппарата, исключение потерь при вкладе мощности в плазму на электромагнитной линии связи антенна-плазма, исключение влияния электромагнитного излучения на элементы конструкции двигательной установки и элементы конструкции космического аппарата, приводящее к вращению космического аппарата в пространстве, обеспечивает увеличение удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу потребляемой мощности.

Изобретение относится к космической технике, в частности к электроракетным двигательным установкам с электрическим ракетным двигателем (ЭРД) с безэлектродным источником плазмы и ускорительной ступенью. Двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата содержит газоразрядную камеру, определяющую ось сил тяги, антенну, модуль ВЧ-генератора, имеющий электрическую связь с антенной, магнитные системы, причем газоразрядная камера выполнена открытой во внешнюю атмосферу с двух противоположных торцов с возможностью формирования двух векторов тяги, противоположных друг другу по направлению и имеющих общую ось, являющуюся осью газоразрядной камеры, причем антенна расположена на внешней стороне газоразрядной камеры и с внешней своей стороны окружена кольцом из диэлектрического материала, при этом на каждом из противоположных концов газоразрядной камеры расположено по одной магнитной системе. При реализации изобретения обеспечивается снижение массы и габаритов двигателя, увеличение удельных тяги и удельного импульса двигателя на единицу потребляемой мощности, исключение паразитных разрядов, разрушающих элементы конструкции двигателя и космического аппарата, исключение потерь при вкладе мощности в плазму на электромагнитной линии связи антенна-плазма, исключение влияния электромагнитного излучения на элементы конструкции двигательной установки и элементы конструкции космического аппарата, приводящее к вращению космического аппарата в пространстве. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двунаправленный волновой плазменный двигатель для космического аппарата, содержащий газоразрядную камеру, определяющую ось сил тяги, антенну, модуль ВЧ-генератора, имеющий электрическую связь с антенной, магнитные системы, отличающийся тем, что газоразрядная камера выполнена из диэлектрического материала, открытой во внешнюю атмосферу с двух противоположных торцов с возможностью формирования двух векторов тяги, противоположных друг другу по направлению и имеющих общую ось, являющуюся осью газоразрядной камеры, причем антенна расположена на внешней стороне газоразрядной камеры и с внешней своей стороны окружена кольцом, выполненным из Al₂O₃ или керамического стекла, при этом на каждом из противоположных концов газоразрядной камеры расположено по одной магнитной системе, причем каждая из магнитных систем состоит из двух электромагнитов, соединенных с системой питания магнитных систем, при этом первый электромагнит выполнен с возможностью создания поперечного оси, соответствующей газоразрядной камеры, магнитного поля, а второй электромагнит выполнен с возможностью создания осевого, параллельного оси газоразрядной камеры, магнитного поля, при этом первый электромагнит представляет собой плазменную линзу, реализующую функцию управления векторами тяги, создаваемыми с каждого торца газоразрядной камеры, причем первый электромагнит расположен дальше от конца соответствующего торца газоразрядной камеры, чем второй электромагнит.

2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит элементы жесткой конструкции, состоящие из стержней, составляющих каркас, к которому прикреплены элементы конструкции и модули плазменного двигателя.

3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит систему электромагнитного экранирования, состоящую из элементов, выполненных из меди или железа, покрывающих внешнюю поверхность элементов жесткой конструкции двигателя и поглощающих электромагнитное излучение.

4. Двигатель по п.3, отличающийся тем, что экранирующие элементы выполнены покрывающими боковые поверхности элементов жесткой конструкции двигателя, при этом на одной из боковых поверхностей находится по одному отверстию для концов газоразрядной камеры, при этом одна из боковых поверхностей выполнена с возможностью крепления к космическому аппарату.

5. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит систему хранения и подачи рабочего тела, соединенную с газоразрядной камерой при помощи двух радиальных газовводов, герметично соединенных с газоразрядной камерой в двух местах, расположенных до мест расположения магнитных систем.

6. Двигатель по п.5, отличающийся тем, что система хранения и подачи рабочего тела включает минимум один бак для хранения рабочего тела, герметично соединенный с газоразрядной камерой при помощи двух радиальных газовводов.

7. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит управляющий модуль, выполненный с возможностью формирования управляющих воздействий на системы и модули двигателя, сбора информации о характеристиках модулей и систем двигателя, а также передачи собранной информации на борт космического аппарата для ее дальнейшей передачи на командный пункт.

8. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит модуль преобразования бортового питания, выполненный с возможностью электрического соединения с источниками бортового питания космического аппарата.