Влияние азимутального отклонения ионов двигателя с анодным слоем…
5
Расчет момента вращения, создаваемого холловским двигателем,
по выражению (7) позволяет оценить угловые ускорения и угловые
скорости космического аппарата. При тяге двигателя, работающего
на
ксеноне
,
F
= 200 мН с удельным импульсом
I
sp
= 1000 с и диамет-
ром ускорительного канала 100 мм на космическом аппарате массой
1 000 кг и радиусом
R
a
= 1 м угловые ускорения могут составлять
=
= 1
10
–6
рад/с
2
. За время работы от 100 до 500 ч угловые скорости
могут составлять
= 0,4…2 рад/с и центростремительные ускорения
вращения на периметре аппарата
a
c
= 0,17…4 м/с
2
. Для
аргона
эти
величины будут иметь следующие значения: угловые ускорения
= 3,75
10
–6
рад/с
2
, угловые скорости
= 1,35…6,75 рад/с, центро-
стремительные ускорения
a
c
= 2…45 м/с
2
.
На рис. 2,
а
и
б
представлены зависимости момента вращения,
создаваемого холловским двигателем, работающим на ксеноне и ар-
гоне соответственно, при различных параметрах двигателя.
Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:
1. Азимутальная составляющая силы тяги в холловском двигате-
ле достаточно велика, чтобы сообщать космическому аппарату суще-
ственные угловые ускорения (до 10
–5
рад/с
2
) и угловые скорости (до
10 рад/с), что требует соответствующей компенсации.
2. Рост момента вращения в холловском двигателе обусловлен
увеличением тяги двигателя, геометрических размеров ускоритель-
ного канала (длина, ширина и средний диаметр) и индукции магнит-
ного поля в ускорительном канале, а также уменьшением атомной
массы рабочего вещества и удельного импульса двигателя.
3. Так как система управления космическим аппаратом должна
компенсировать все угловые вращения, затрачивая на это энергию,
для компенсации вращающего момента космического аппарата целе-
сообразно устанавливать два двигателя с противоположным направ-
лением азимутального дрейфа.
Работа выполнена при поддержке гранта № 14.В37.21.1825 Мини-
стерства образования и науки Российской Федерации.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Wallace N., Jameson P., Saunders Ch., Fehringer M., Edwards C., Floberghager R.
The GOCE ion propulsion assembly — lessons learnt from the first 22 months of
flight.
32
nd
International Electric Propulsion Conf
. IEPC-2011-327. Wiesbaden,
Germany, September 11–15, 2011, pp. 1–21.
[2] Nefedov A.P., Morfill G.E., Fortov V.E., Thomas H.M., Rothermel H., Hagl T.,
Ivlev A.V., Zuzic M., Klumov B.A., Lipaev A.M., Molotkov V.I., Petrov O.F.,
Gidzenko Yu.P., Krikalev S.K., Shepherd W., Ivanov A.I., Roth M., Binnen-
bruck H., Goree J.A., Semeniv Yu.P. PKE-Nefedov*: Plasma crystal exper-
iments on the international space station.
New journal of physics
, 2003, vol. 3,
no. 5, pp. 33.1–33.10.
