Установка для активного воздействия на ионосферу земли путем инжекции плазмы

 

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к установкам для активного воздействия на околоземное космическое пространство путем инжекции плазмы в ионосферу. В качестве блока электропитания установки для активного воздействия на ионосферу Земли применены тепловые батареи с экзотермическими нагревателями, которые расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности. Тепловые батареи являются тепловым экраном для плазменного ускорителя и совместно с силовыми кольцами, соединяющими тепловые батареи между собой с торцевой стороны, образуют силовую раму, на которой закреплены все элементы плазменного ускорителя. Плазменный ускоритель электрически соединен с выходными клеммами блока электропитания, в котором пирозапал одной из тепловых батарей соединен с блоком управления, выдающим команду на пуск плазменного ускорителя. Выходные клеммы этой стартовой тепловой батареи электрически соединены с клеммами пирозапалов остальных тепловых батарей и клеммами пирозапала экзотермического стартового нагревателя. Системы хранения, подачи и испарения рабочего тела объединены и выполнены в виде коаксиального пористого цилиндра, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде. С противоположной стороны катода из его внутренней полости в разрядную полость подаются пары рабочего тела через одно или несколько отверстий, закрытых герметичными заглушками, разрушаемыми теплом, поступающим от экзотермического стартового нагревателя. Данное выполнение обеспечивает независимость запуска и функционирования установки от температурных условий окружающей среды при минимальных затратах энергии и массогабаритных характеристиках. 2 ил.

Изобретение относится к области ракетно-космической техники, а именно к установкам для активного воздействия на околоземное космическое пространство путем инжекции плазмы в ионосферу.

Известна плазменная установка [1], состоящая из двух идентичных генераторов плазмы, блоков коммутации и управления, запускающих режим генерации плазмы. Недостатком этой плазменной установки являются низкая концентрация заряженных частиц и сложное управление. При использовании этой установки для ионосферных экспериментов возникают трудности с ее запуском за короткое время, кроме того, поток плазмы с низкой концентрацией заряженных частиц не позволяет оказать заметное влияние на ионосферу.

Также известна установка для экспериментов "Комби-плазма" [2] по исследованию взаимодействия плазменной струи с ионосферой, состоящая из инжектора плазмы, имеющего анод, полный катод, пассивную капиллярную систему подачи рабочего тела и экзотермические нагреватели анодного и катодного узлов, систем электропитания и управления.

Недостатком этой установки являются также низкая концентрация заряженных частиц вследствие малого расхода рабочего тела 0,02 - 0,05 г/мин, слабое влияние на ионосферу.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является установка [3] для инжекции плазмы в ионосферу, содержащая торцевой плазменный ускоритель с анодом, полым катодом, коаксиально которому, вплотную к его внешней поверхности, установлен экзотермический стартовый нагреватель, в герметичном корпусе которого установлена по меньшей мере одна разрушаемая заглушка с температурой разрушения 300 - 400^oС, системы хранения и подачи рабочего тела, блоки электропитания и управления, при этом система хранения и подачи рабочего тела выполнена в виде газовытеснительной системы с эластичной разделительной мембраной, изготовленной из фторкаучуковой резины, причем полость газовытеснительной системы подачи заполнена щелочными металлами или их сплавом и соединена с полым катодом через трубопровод, а газовая полость системы подачи подключена к ресиверу с газом. Система испарения рабочего тела выполнена отдельно от систем хранения и подачи рабочего тела.

Недостатком этой установки является то, что ее запуск и работа зависят от температуры окружающей среды, а также от того, что системы подачи, хранения и испарения разделены, и требуются дополнительные затраты энергии на стартовый разогрев и поддержание установки в рабочем состоянии. Это ухудшает стабильность подачи рабочего тела и величину его расхода. В связи с этим уменьшаются КПД установки, надежность ее функционирования и увеличиваются массогабаритные характеристики установки.

Предлагаемым изобретением решается задача создания плазменной установки активного воздействия на ионосферу, запуск и функционирование которой не зависят от температурных условий окружающей среды при минимальных затрат энергии и массогабаритных характеристиках. В процессе работы установки при массовых расходах рабочего тела на уровне десятых долей г/сек обеспечивается стабильность расхода рабочего тела, надежность работы и безопасность эксплуатации.

Поставленная задача решается следующим образом. Установка для активного воздействия на ионосферу Земли путем инжекции плазмы содержит торцевой плазменный ускоритель с анодом, полым катодом, коаксиально которому вплотную к его внешней поверхности установлен экзотермический стартовый нагреватель с по меньшей мере одной разрушаемой заглушкой в герметичном корпусе, систему хранения, систему подачи и систему испарения рабочего тела, соединенную с полым катодом, блоки электропитания и управления. В качестве блока электропитания применены тепловые батареи с экзотермическими нагревателями, которые расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности, а тепловые батареи являются тепловым экраном для плазменного ускорителя и совместно с силовыми кольцами, соединяющими тепловые батареи между собой с торцевой стороны, образуют силовую раму, на которой закреплены все элементы плазменного ускорителя. Плазменный ускоритель электрически соединен с выходными клеммами блока электропитания, в котором пирозапал одной из тепловых батарей соединен с блоком управления, выдающим команду на пуск плазменного ускорителя, и выходные клеммы этой стартовой тепловой батареи электрически соединены с клеммами пирозапалов остальных тепловых батарей и клеммами пиразапала экзотермического стартового нагревателя. Системы хранения, подачи и испарения рабочего тела объединены и выполнены в виде коаксиального пористого цилиндра, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде со стороны, противоположной той, из внутренней полости которой в разрядную полость подаются пары рабочего тела через одно или несколько отверстий, закрытых герметичными заглушками, разрушаемыми теплом, поступающим от экзотермического стартового нагревателя. С одной стороны, это позволяет оптимизировать массогабаритные характеристики и уменьшить затраты на стартовый нагрев установки, с другой стороны, герметизация выхода из системы испарения заглушкой, разрушаемой теплом, поступающим от общего стартового нагревателя, позволяет обеспечить консервацию и надежный запуск установки. Кроме того, подача команды только на один пирозапал так называемой стартовой тепловой батареи и соединение ее выходных клемм с пирозапалами остальных тепловых батарей блока электропитания и пирозапалом общего экзотермического стартового нагревателя позволяют снизить мощность и силу тока, необходимые для запуска установки, и тем самым улучшить энергомассовые характеристики установки.

Изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемой установки; на фиг. 2 - схема силовой рамы установки. Установка состоит из торцевого плазменного ускорителя 1 с полым катодом 2, анодом 3, экзотермическим стартовым нагревателем 4, в корпусе которого установлена по меньшей мере одна разрушаемая заглушка 5 с температурой разрушения 300...400^oС, системы хранения, подачи и испарения рабочего тела, которые объединены и выполнены в виде коаксиального пористого цилиндра 6, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде со стороны, противоположной той, из внутренней полости которой в разрядную полость 7 подаются пары рабочего тела через одно или несколько отверстий 8, которые закрыты герметичными заглушками 9, разрушаемыми от тепла, поступающего от экзотермического стартового нагревателя, блока питания 10, состоящего из тепловых батарей 11 с экзотермическими нагревателями, которые расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности. Плазменный ускоритель электрически соединен с выходными клеммами блока электропитания, в котором пирозапал 12 одной из тепловых батарей 13, являющейся стартовой тепловой батареей, соединен с блоком управления 14, выдающим команду на пуск плазменного ускорителя, и выходные клеммы этой стартовой тепловой батареи электрически соединены с клеммами пирозапалов 15 остальных тепловых батарей и клеммами пирозапалов 16 экзотермического стартового нагревателя.

На фиг. 2 показана конструктивная схема силовой рамы установки.

Тепловые батареи 11 являются тепловым экраном для плазменного ускорителя 1 и совместно с силовыми кольцами 17, соединяющими тепловые батареи между собой с торцевой стороны, образуют силовую раму, на которой закреплены все элементы плазменного ускорителя.

Работа установки начинается с подачи команды с блока управления 14 на пирозапал 12 стартовой тепловой батареи 13. После срабатывания экзотермического нагревателя 4 и розогрева этой тепловой батареи она срабатывает и появляется ЭДС на внешних клеммах этой тепловой батареи. Так как они электрически связаны с пирозапалами остальных тепловых батарей и пирозапалом общего для плазменной установки стартового экзотермического нагревателя 4, то происходит его срабатывание и срабатывание экзотермических нагревателей оставшихся тепловых батарей. На них появляется ЭДС. Так как тепловые батареи блока электропитания электрически соединены с источником плазмы, поэтому появляется ЭДС на электродах.

После разогрева катода 2 и пористого цилиндра 6 разрушаются заглушки 9, рабочее тело поступает в разрядную полость 7 и осуществляется запуск плазменной установки. Запуск и работа установки не зависят от температуры окружающей среды.

Комплекс технических решений, предложенных в данном изобретении, позволит создать установку для активного воздействия на околоземное космическое пространство. На основе теоретических оценок расчетов и результатов предварительных наземных стендовых испытаний получены следующие параметры установки: масса 10...15 кГ при числе тепловых батарей 4...8, электрическая мощность ≅ 3 кВт, габариты ⊘ 270 х 260 мм, удельная энергоемкость одной тепловой батареи 30...40 Вт час/кг, расход рабочего тела (в качестве которого используются щелочные металлы и их сплавы) на уровне десятых долей г/сек, время работы 320...600 сек.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Борисов Б.С. и др. Плазменная установка "Эпикур" для космических экспериментов. VII Всесоюзная конференция по плазменным ускорителям и ионным инжекторам. Тезисы докладов. Харьков, 1989 г., с.263, 264.

2. Гаркуша В.И. и др. Плазменный ускоритель для натурных экспериментов в космосе. VII Всесоюзная конференция по плазменным ускорителям и ионным инжекторам. Тезисы докладов. Харьков. 1989 г., с. 300, 301.

3. Патент РФ N 1778916, МПК H 05 H 1/00, 1993 г. Опуб. в Бюл. N 44 30.11.92 г.

Формула изобретения

Установка для активного воздействия на ионосферу Земли путем инжекции плазмы, содержащая торцевой плазменный ускоритель с анодом, полым катодом, коаксиально которому вплотную к его внешней поверхности установлен экзотермический стартовый нагреватель, с по меньшей мере одной разрушаемой заглушкой в герметичном корпусе, систему хранения, систему подачи и систему испарения рабочего тела, соединенную с полым катодом, блоки электропитания и управления, отличающаяся тем, что в качестве блока электропитания применены тепловые батареи с экзотермическими нагревателями, которые расположены коаксиально плазменному ускорителю с внешней его поверхности, при этом тепловые батареи являются тепловым экраном для плазменного ускорителя и совместно с силовыми кольцами, соединяющими тепловые батареи между собой с торцевой стороны, образуют силовую раму, на которой закреплены все элементы плазменного ускорителя, а плазменный ускоритель электрически соединен с выходными клеммами блока электропитания, в котором пирозапал одной из тепловых батарей соединен с блоком управления, выдающим команду на пуск плазменного ускорителя, и выходные клеммы этой стартовой тепловой батареи электрически соединены с клеммами пирозапалов остальных тепловых батарей и клеммами пирозапала экзотермического стартового нагревателя, причем системы хранения, подачи и испарения рабочего тела объединены и выполнены в виде коаксиального пористого цилиндра, заполненного рабочим телом и установленного на полом катоде со стороны, противоположной той, из внутренней полости которой в разрядную полость подаются пары рабочего тела через одно или несколько отверстий, закрытых герметичными заглушками, разрушаемыми теплом, поступающим от экзотермического стартового нагревателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2