Электротермический ракетный двигатель (ЭРД) представляет собой тип двигателя, где источником реактивной тяги служит высокотемпературная струя газа. Уникальность этой технологии заключается в способе нагрева рабочего тела — для этого используется исключительно электрическая энергия. Всё разнообразие электротермических двигателей принято делить на две основные категории: электронагревные и электродуговые.
Исторический контекст и основоположник
Отцом-основателем электротермического ракетного двигателя считается выдающийся советский учёный и конструктор Валентин Петрович Глушко (1908–1989). Будучи заведующим Газодинамической лаборатории, он в 1929 году спроектировал и создал первый опытный образец такого двигателя. К сожалению, на раннем этапе развития космонавтики эта технология не смогла обеспечить вывод аппарата за пределы земной атмосферы, что привело к временному свёртыванию исследовательских программ в данной области. Однако заложенные тогда идеи стали фундаментом для будущих разработок.
Рабочее тело и принцип действия
В отличие от традиционных химических двигателей, в современных ЭРД в качестве рабочего тела чаще всего используется плазма — ионизированный газ. Нагрев и ускорение плазменной струи происходят не только за счёт высокой температуры, но и под воздействием электрических сил, что открывает широкие возможности для управления процессом.
Классификация электротермических двигателей
Несмотря на отсутствие единой устоявшейся классификации, можно выделить несколько ключевых направлений, основанных на характере используемого рабочего тела и способе его ускорения:
1. Плазменные двигатели: В них для создания тяги используется неразделённая плазма. Эта группа, в свою очередь, подразделяется на:
- Термические (электродуговые): Нагрев происходит в электрической дуге.
- Двигатели с магнитным давлением: Ускорение плазмы обеспечивается магнитным полем.
- Магнитоэлектрические: Используют комбинированное воздействие электрических и магнитных полей.
2. Ионные двигатели: Их принцип действия основан на предварительном разделении плазмы на положительные ионы и электроны с последующим электростатическим ускорением ионов. Нейтрализация потока ионов электронами происходит уже на выходе из двигателя, что предотвращает накопление заряда на космическом аппарате.
Перспективы и гибридные технологии
Термические (электродуговые) двигатели обладают особой гибкостью. Их можно эффективно использовать в составе гибридных или составных двигательных установок. В таких системах электродуговой двигатель выступает в роли высокоэффективного источника горячей плазмы, которая затем дополнительно разгоняется в другом контуре — например, за счёт магнитного давления или скрещённых электрических и магнитных полей.
Теоретически плазменные двигатели открывают путь к технологиям далёкого будущего. При экстремальном повышении температуры плазмы (предположительно, до 150 000 К) может быть реализован режим, имитирующий работу фотонного двигателя. При такой температуре плазма начинает вести себя как абсолютно чёрное тело, преобразуя подводимую энергию в мощное излучение. Световое давление этого излучения способно создавать значительную тягу, что представляет собой принципиально иной способ движения в космосе.