Что такое магнитогазодинамический двигатель?
Магнитогазодинамический (МГД) двигатель — это разновидность ракетного двигателя, работающего на электрической энергии. Его ключевая особенность заключается в использовании газа в качестве рабочего тела, которое разгоняется не химической реакцией, а под воздействием магнитного поля. По своему режиму работы он относится к стационарным электрическим ракетным двигателям, то есть способен функционировать длительное время в непрерывном режиме, что выгодно отличает его от импульсных систем.
Конструкция и принцип действия
Основным элементом двигателя является прямоугольный ускорительный канал. Его конструкция продумана таким образом, чтобы создать необходимые для работы поля: две противоположные стенки канала выполняют роль электродов, а две другие служат электроизоляторами. При подаче напряжения между электродами возникает электрическое поле, которое ионизирует газ, превращая его в плазму, и возбуждает в ней электрический ток.
Внешняя магнитная система, полюса которой расположены за изолирующими стенками, создаёт в канале мощное магнитное поле. Ключевой момент — ориентация электрического и магнитного полей строго перпендикулярна друг другу. Взаимодействие тока, текущего через плазму, с поперечным магнитным полем создаёт силу Лоренца. Именно эта сила и отвечает за ускорение и выброс рабочего тела, создавая реактивную тягу.
Материалы и тепловые нагрузки
Надёжность и ресурс МГД-двигателя в значительной степени определяются стойкостью стенок ускорительного канала, которые в процессе работы испытывают экстремальные тепловые и эрозионные нагрузки. Для решения этой проблемы электроды, по которым течёт ток, традиционно изготавливают из тугоплавких материалов с высокой термостойкостью, таких как вольфрам. Стенки-изоляторы, которые должны выдерживать высокое напряжение и температуру, выполняют из специальной керамики.
Системы охлаждения
Для борьбы с перегревом критических элементов в конструкцию двигателя интегрируют системы охлаждения. Чаще всего применяются два основных метода:
- Регенеративное охлаждение: рабочий газ или специальный теплоноситель циркулирует по каналам в стенках двигателя, отводя тепло, перед тем как попасть в ускорительный канал.
- Транспирационное охлаждение: более сложный метод, при котором охлаждающее вещество просачивается («пропотевает») через пористый материал стенки, образуя на её поверхности защитную плёнку.