2 / 11
Ф.А. Баучкин
2
Инженерный журнал: наука и инновации
# 9·2016
(КА) на основе электроракетных двигательных установок (ЭРДУ) для
межпланетных перелетов, а также послужат источниками электроэнер-
гии для постоянных баз на других планетах.
В ближайшем будущем в космической отрасли с высокой вероят-
ностью возникнет потребность в бортовых энергетических установ-
ках повышенной мощности для целей, отличных от перечисленных
выше. Можно предполагать, что свою нишу в данном сегменте уста-
новок займет определенный класс термоэмиссионных ЯЭУ, облада-
ющих следующими особенностями:
•
компактностью;
•
повышенными, по сравнению с установками второго поколе-
ния, вырабатываемой мощностью и КПД;
•
высокой верхней температурой термодинамического цикла (до
2500 К);
•
критическими условиями работы конструкционных материалов
и, как следствие, малым ресурсом.
Кнудсеновский режим и вынесенная схема расположения
ТЭП.
Бесстолкновительный режим с поверхностной ионизацией, или
кнудсеновский режим, является достаточно перспективным, так как
имеет характеристики идеального ТЭП. В нем практически полно-
стью отсутствуют потери напряжения, связанные с компенсацией от-
рицательного объемного заряда. Удельная электрическая мощность в
таком ТЭП теоретически может достигать 20 Вт/см
2
, а плотность
тока — 10 А/см
2
[1]. Таким образом, этот режим является более энер-
гоэффективным, чем дуговой.
Однако на практике плотность тока в нем ограничена условием
нейтральной эмиссии. Увеличить ток можно за счет понижения рабо-
ты выхода эмиттера путем повышения давления пара рабочего тела
(РТ) в МЭЗ, но в этом случае требуется выдерживать достаточно ма-
лую величину зазора, иначе рассеяние электронов на атомах РТ будет
сильно уменьшать проходящий ток. Таким образом, должен выпол-
няться критерий рассеяния [1]:
,
−
≥
e a
l
d
(1)
где
−
e a
l
— средняя длина свободного пробега электрона при рассея-
нии на атомах, которая может быть рассчитана по формуле [2]
Б ср
РТ
1
,
133, 3
e a
a a
a
k T
l
n
p
−
= =
p
p
(2)
где
a
n
— концентрация атомов РТ в МЭЗ;
σ
a
— сечение рассеяния
электрона на атомах РТ;
Б
k
— постоянная Больцмана;
ср
T
— средняя
температура в МЭЗ;
РТ
p
— давление РТ, мм рт. ст.