Что такое коллоидный ракетный двигатель?
Коллоидный ракетный двигатель представляет собой особый тип электростатического двигателя, используемого в космической технике. В отличие от традиционных химических двигателей, он создает тягу за счет ускорения электрическим полем не ионов, а более крупных заряженных частиц.
Принцип действия и конструкция
Рабочее тело в таких двигателях состоит из микроскопических положительно заряженных частиц. Их размер и масса всего на пять порядков (то есть в 100 000 раз) больше, чем у ионов, используемых в ионных двигателях. Процесс создания тяги начинается с подачи жидкого рабочего тела через систему капиллярных трубок. На выходе из этих трубок жидкость дробится на мельчайшие капли, которые одновременно приобретают электрический заряд. Далее эти заряженные частицы разгоняются в сильном электрическом поле и с высокой скоростью истекают из двигателя, создавая реактивную тягу.
Материалы для рабочего тела
Эффективность двигателя во многом зависит от правильного выбора рабочего тела. В этой роли могут выступать:
- Легкоплавкие металлы, такие как цезий или висмут, используемые в расплавленном (жидком) состоянии.
- Различные соединения с низким потенциалом выхода электронов, что облегчает процесс зарядки частиц.
- Органические жидкости, которые также демонстрируют высокую эффективность в качестве источника заряженных частиц.
Преимущества и потенциал
Коллоидные двигатели обладают значительным теоретическим потенциалом. Главное их преимущество — возможность достичь плотности тяги на несколько порядков выше, чем у ионных двигателей. Плотность тяги — это тяга, приходящаяся на единицу площади выходного сечения двигателя; высокая плотность позволяет создавать более компактные силовые установки.
По показателю удельного импульса (мере эффективности расхода топлива) коллоидные двигатели, согласно расчетам, немного уступают ионным. Тем не менее, их максимальный расчетный удельный импульс остается очень высоким и может достигать впечатляющих значений — около 40–50 километров в секунду, в зависимости от состава используемого рабочего тела. Это делает их чрезвычайно перспективными для длительных космических миссий, где важна экономия топлива.