Stacionární plazmový motor ( SPD ) je elektrostatický raketový motor založený na Hallově jevu s výtokem neutrálního plazmatu, vyvinutý v experimentálním konstrukčním úřadu Fakel s vědeckou podporou IAE pojmenovaný po A.I. I. V. Kurchatova , MAI a NII PME [1] .
Stacionární plazmový motor je elektrostatický raketový motor s Hallovým efektem s xenonem jako pracovní tekutinou . Jeho princip činnosti je založen na interakci nabitých částic plazmatu s podélnými elektrickými a příčnými magnetickými poli, jedná se o motor s uzavřeným elektronovým driftem a rozšířenou zónou zrychlení [1] .
Xenonové plazma vzniká v motoru díky výboji plynu v koaxiálním kanálu výbojové komory. Vzhledem k fyzikálním vlastnostem výboje s uzavřeným elektronovým driftem dochází k téměř úplné ionizaci pracovní tekutiny. Ionty jsou urychlovány v elektrickém poli podél výbojové komory, v důsledku toho vytéká z komory usměrněný tok iontů (plazmový paprsek), který vytváří reaktivní tah [1] .
Plazmové elektrony se pohybují v azimutu a ionizují atomy xenonu, některé z nich dopadají na anodu a druhá část jde spolu s ionty do plazmového paprsku. Na výstupu z výbojové komory elektrony kompenzují elektrický potenciál toku iontů a prostorového náboje tak, aby byla automaticky splněna podmínka rovnosti nuly celkového elektrického proudu plazmového paprsku proudícího z motoru. Díky tomu se elektrický potenciál kosmické lodi jen nepatrně liší od potenciálu okolního prostoru [1] .
Rychlost výfuku, tah a spotřeba energie plazmového paprsku na výstupu z motoru jsou určeny potenciálním rozdílem procházejícím ionty v urychlovací mezeře mezi anodou a katodou. Tah závisí také na spotřebě pracovní kapaliny (xenonu). U stacionárního plazmového pohonu je tah téměř přímo úměrný spotřebě pracovní tekutiny [1] .
Vzhledem k silné závislosti výkonu na průtoku pracovní tekutiny je při vytváření účinného nízkovýkonového stacionárního plazmového motoru obtížné zajistit požadované magnetické pole v urychlovacím kanálu takového motoru{{sfn|Kim| .
Myšlenku vytvoření SPD navrhl A.I. Morozov na počátku šedesátých let. V roce 1968 akademik A.P. Aleksandrov a hlavní konstruktér A.G. Iosifyan učinili historické rozhodnutí vytvořit nápravný pohonný systém (KDU) s SPT. Vývoj první KDU a její integrace do kosmické lodi Meteor probíhaly v úzké spolupráci se skupinami vědců a specialistů z Ústavu atomové energie pojmenovaného po V.I. I. V. Kurčatová (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubskij), OKB Zarya (L. Novoselov) a VNIIEM (Yu. Rylov). V prosinci 1971 byl pohonný systém s SPT - KDU "Eol" úspěšně vypuštěn do vesmíru jako součást kosmické lodi "Meteor". V únoru až červnu 1972 byly provedeny první inkluze a testy, které prokázaly provozuschopnost SPT ve vesmíru a kompatibilitu s kosmickými loděmi na oběžných drahách v blízkosti Země. Výška oběžné dráhy byla zvýšena o 17 km.
V roce 1974 byl úspěšně testován plazmový motor Eol. Na počátku 80. let začala Fakel Design Bureau v Kaliningradu sériově vyrábět motory SPD-50, SPD-60, SPD-70 [2] . V roce 1982 byla vypuštěna první družice z SPD-70, gejzír č. 1, v roce 1994 byla komunikační družice Gals-1 vybavena novým modelem SPD-100.
Od roku 1995 se SPT používá v korekčních systémech řady připojených geostacionárních kosmických lodí , jako jsou Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat vyvinuté společností NPO Applied Mechanics a od roku 2003 - jako součást zahraničních geostacionárních satelitů typu Inmarsat , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 k vyřešení problémů s uvedením do " pracovního bodu ", stabilizací polohy v tomto bodě, změnou "pracovního bodu" v případě potřeby a stažením z něj konec provozu.
Do ledna 2012 bylo na kosmické lodi vypuštěné do vesmíru instalováno celkem 352 motorů SPT [3] .
Specifikem tohoto motoru, stejně jako ostatních elektrických raketových motorů , je výrazně vyšší rychlost výdechu pracovní tekutiny ve srovnání s dříve používanými chemickými motory , což umožňuje výrazně snížit zásoby pracovní tekutiny nutné k vyřešit výše uvedené problémy. Jeho použití jako součásti geostacionárních kosmických lodí umožňuje zvýšit hmotnostní podíl cílového zařízení a dobu jejich aktivní existence až na 12-15 let. Díky tomu se výrazně zvyšuje účinnost KA.
OKB "Fakel" vyrábí různé motory, které se liší tahem, hmotnostními a velikostními charakteristikami, spotřebou energie pro různé kosmické lodě [4] .
| Modelka | Účel | Tah, mN | výkon, kWt | Specifický impuls, s | Trakční účinnost, % | Zdroj, h | Váha (kg | Příklady KA [3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPD-290 | pochodové a dopravní úkoly těžkých kosmických lodí s vysokým poměrem výkonu k hmotnosti | až 1500 | 5-30 | až 3300 | až 65 | 27 000 | 23 | jako součást elektrárny na jaderný elektrický pohon megawattové třídy [5] [1] [6] |
| SPD-230 | horních stupňů, aby přivedl kosmickou loď z vysoce eliptické nosné rakety na geostacionární oběžnou dráhu | až 785 | až 15 | až 2700 | až 60 | — | 25 | |
| SPD-200 | další výstup kosmické lodi z vysoce eliptické startovací dráhy na geostacionární v rámci horního stupně založeného na elektrickém pohonném systému o výkonu 10 ... 15 kW | 500 | patnáct | 2500 | až 60 | 18 000 | patnáct | |
| SPD-140 | meziorbitální doprava, korekce dráhy těžkých geostacionárních kosmických lodí | 300 | 7 | 2000 | > 55 | 10 000 | 7.5 | Eutelsat 172B [7] |
| SPD-25 [8] | korekce oběžné dráhy, manévry, orientace, stabilizace malé kosmické lodi (hmotnost ~100 kg) | 7 | 0,1 | 800 | dvacet | 1500 | 0,3 | |
| SPD-50 | EPS pro malé kosmické lodě | 14 [8] | 0,22 | 860 | 26 | ≥2500 | 1.23 | Meteor 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V |
| SPD-60 [9] | EPS pro malé kosmické lodě | třicet | 0,5 | 1300 | 37 | 2500 | 1.2 | některé kosmické lodě ze série Meteor |
| SPD-70 | EP pro vozidla středního vesmíru | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Express-MD1 , KazSat-2 , … |
| SPD-100V | EPS různých kosmických lodí | 83 | 1,35 | 1600 | 45 | >9000 | 3.5 | Express-AM44 , AMOS-5 , ... |
| PPS-1350-G | Technologie SPD-100 reprodukovaná v Evropě společností Snecma Moteurs na základě dohody mezi OKB FAKEL a Snecma Moteurs | 84 | 1.5 | 1668 | 46 | 7000 | 3.5 | SMART-1 |