Введение
Метод движения космического аппарата
Резистоджет – это метод движения космического аппарата (электрическая тяга), обеспечивающий тягу за счет нагрева обычно инертной жидкости. Нагрев обычно достигается путем пропускания электрического тока через резистор, состоящий из раскаленной нити накаливания, при этом расширяющийся газ выбрасывается через обычное сопло. Резистоджеты используются в космосе с 1965 года на борту военных спутников Vela. Однако в коммерческих целях они начали применяться только в 1980 году с запуском первых спутников программы INTELSAT V. Многие геостационарные космические аппараты и все 95 спутников Iridium использовали реактивные двигатели серии Aerojet MR 501/MR 502. В настоящее время резистоджетная тяга используется для вывода на орбиту, управления ориентацией и схода с орбиты спутников на низкой околоземной орбите (LEO), и особенно эффективна в ситуациях, когда энергии значительно больше, чем массы, и когда требуется разумная эффективность тяги, но допустима низкая величина тяги. Резистоджеты также рассматриваются как способ использования биоотходов в качестве рабочего тела, особенно в сочетании с гидразином. Исследования сосредоточены на характеристиках пара и углекислого газа как основных компонентов потока биоотходов и обычно используют кубический цирконий в качестве нагревательного элемента.
A resistojet is a method of spacecraft propulsion (electric propulsion) that provides thrust by heating a typically non reactive fluid. Heating is usually achieved by sending electricity through a resistor consisting of a hot incandescent filament, with the expanded gas expelled through a conventional nozzle. Resistojets have been flown in space since 1965 on board military Vela satellites. However, they only became used in commercial applications in 1980 with the launch of the first satellites in the INTELSAT V program. Many GEO spacecraft, and all 95 Iridium, used Aerojet MR 501/MR 502 series resistojet engines. Nowadays resistojet propulsion is used for orbit insertion, attitude control, and deorbit of LEO satellites, and do well in situations where energy is much more plentiful than mass, and where propulsion efficiency needs to be reasonably high but low thrust is acceptable. Resistojets have also been proposed as means of using biowaste as reaction mass, particularly in conjunction with hydrazine. Studies focus on the characteristics of steam and carbon dioxide as major constituents of a biowaste stream, and typically use cubic zirconia as a heating element.
Преимущества
Многие спутниковые миссии требуют возможности небольших коррекций траектории даже после вывода аппарата на орбиту. Большинство спутников используют жидкостные ракетные двигатели на монопропелленте или двигатели на холодном газе для таких орбитальных маневров. Однако оба метода имеют существенные недостатки: гидразин, наиболее распространенный монопропеллент, очень дорог и, из-за своей летучести, не подходит для небольших спутников, запускаемых в космос как попутный груз. Двигатели на холодном газе, хотя и используют относительно дешевые, инертные и, следовательно, "безопасные" газы, такие как азот, характеризуются низким удельным импульсом по сравнению с жидкостными ракетными двигателями на монопропелленте. Резистоджеты разработаны для восполнения пробела между этими двумя способами движения, предлагая безопасность инертного рабочего тела в сочетании с удельным импульсом, близким к показателям гидразина.
Недостатки
Основным недостатком конструкции резистожета по сравнению с более простыми двигателями на холодном газе является необходимость в источнике питания, который занимает место и поэтому иногда становится решающим препятствием для миссий Microsat. Кроме того, повышенная техническая сложность резистожета по сравнению с более простыми решениями увеличивает риск технических сбоев. Поскольку резистожеты (и аналогичные конструкции) не используют химическое сгорание, их тяга на несколько порядков ниже, чем у более традиционных ракет на твердом и жидком топливе. В результате они не подходят для орбитальных маневров, требующих большой дельты V за короткий промежуток времени.
Физические принципы
Резистосеты можно рассматривать как эволюцию традиционных двигателей на холодном газе, которые являются самой простой формой ракетного двигателя. В топливном баке содержится рабочее тело, которое затем подается в сопло, где оно расширяется, создавая тягу и двигая аппарат вперед. В резистожете используется резистор для нагрева рабочего тела перед поступлением в сопло, что заставляет его расширяться сильнее и приводит к увеличению удельного импульса. Резистор – это электрический компонент, преобразующий электрическую энергию в тепло. Следовательно, тягу резистожетового двигателя можно регулировать, просто изменяя мощность, проходящую через резистор. Нагрев рабочего тела на 300 °C таким образом приводит к увеличению удельного импульса на 41%. При нагреве на 900 °C удельный импульс может быть удвоен по сравнению с двигателем на холодном газе, использующим то же рабочее тело.