Investigation of the Possibility to Increase the Thrust Efficiency and Life Time of the Stationary Plasma Thrusters Operating with Krypton

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

An analysis of the problems that arise in the development of stationary plasma thrusters operating with krypton, an alternative to the traditional xenon propellant, is presented. The basic physical principles and results that determined the development of thrusters operating with Xe are considered. It is shown that they can be used in the development of the thrusters operating with krypton, taking into account its features as a propellant. The main feature is the need to operate at increased mass flow rate and power densities in the acceleration channel. This leads to an increase in the accelerated ion flows on the discharge chamber walls and their erosion rate, reduces the thruster efficiency and life time. We present a review of studies performed at the Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics MAI on the possibility of reducing ion flows to the walls of the discharge chamber in a stationary plasma thruster operating with krypton in order to increase its thrust efficiency and service life.

About the authors

R. V. Akhmetzhanov

Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics of the Moscow Aviation Institute (National Research University)

Email: ahmetzhanov1991@mail.ru
Moscow, Russia

V. P. Kim

Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics of the Moscow Aviation Institute (National Research University)

Email: riame4@mail.ru
Moscow, Russia

E. A. Shilov

Research Institute of Applied Mechanics and Electrodynamics of the Moscow Aviation Institute (National Research University)

Moscow, Russia

References

  1. Есипчук Ю.В. // Плазменные ускорители / Ред. Арцимович Л.А. М.: Машиностроение, 1973. С. 75.
  2. Козубский К.Н., Мурашко В.М., Рылов Ю.П., Трифонов Ю.В., Ходненко В.П., Ким В.П., Попов Г.А., Обухов В.А. // Физика плазмы. 2003. Т. 29. С. 277.
  3. Dan L., Myers R.M., Lemmer K.M., Kolbeck J., Keidar M., Koizumi H., Liang H., Yu D., Schönherr T., del Amo J.G., Choe W., Albertoni R., Hoskins A., Yan Sh., Hart W., Hofer R.R., Funaki I., Lovtsov A., Polzin K., Olshanskii A., Duchemin O. IEPC-2017 // Proc. 35th Int. Electric Propulsion Conference. Atlanta, 2017. P. 242.
  4. Messier D. SpaceX Wants to Launch 12,000 Satellites www.parabolicarc.com. Parabolic Arc (three марта 2017). Дата обращения: 19 февраля 2018. Архивировано 22 января 2020 г.
  5. Ким В.П., Попов Г.А., Шилов Е.А., Козубский К.Н., Приданников С.Ю. // Космическая техника и технологии. 2023. № 4 (43). С. 55.
  6. Ким В.П., Захарченко В.С., Меркурьев Д.В., Смирнов П.Г., Шилов Е.А. // Физика плазмы. 2019. Т. 45. № 1. С. 14.
  7. Ким В.П., Семенкин А.В., Шилов Е.А. Физические положения и основные результаты исследований, определяющие развитие двигателей с замкнутым дрейфом электронов // Физика плазмы. Принято к печати.
  8. Kim V., Kozubsky K.N., Murashko V.M., Semenkin A.V. // Proc. 30th Int. Electric Propulsion Conf. Florence, 2007. P. IEPC-2007-142.
  9. Ким В.П., Семенкин А.В., Хартов С.А. Конструктивные и физические особенности двигателей с замкнутым дрейфом электронов. М.: Изд-во МАИ, 2016. 160 с.
  10. Арцимович Л.А., Андронов И.М., Есипчук Ю.В., Барсуков Н.А., Козубский К.Н., Левченко Ю.М., Михайличенко В.А., Морозов А.И., Петров Е.М., Романовский М.К., Рылов Ю.П., Снарский Р.К., Тилинин Г.Н., Трифонов Ю.В., Трофимов А.В., Ходненко В.П., Шаров Ю.А., Щепкин Г.Я. // Космические исследования. 1974. Т. 12. Вып. 3. С. 451.
  11. Kim V., Kozubsky K.N., Khodnenko V.P., Murashko V.M., Popov G.A. Alexey Morozov — leader of the SPT development in USSR. 31st Int. Electric Propulsion Conf. University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA, September 20–24, 2009. P. IEPC-2009-098.
  12. Морозов А.И. // ДАН. 1965. Т. 163. С. 1363.
  13. Бишаев А.М., Ким В.П. // ЖТФ. 1978. Т. 48. № 9. С. 1853.
  14. Бишаев А.М., Ким В.П. // Источники и ускорители плазмы. Харьков: ХАИ, 1981. № 5. С. 3.
  15. Беллан Н.В., Ким В.П., Оранский А.Н., Тихонов В.Б. Стационарные плазменные двигатели. Харьков: ХАИ, 1989. 315 с.
  16. Гришин С.Д., Ерофеев В.С., Жаринов А.В. // Плазменные ускорители / Ред. Арцимович Л.А. М.: Машиностроение, 1973. С. 54.
  17. Абдюханов В.А., Гришин С.Д., Ерофеев В.С., Жаринов А.В., Лесков Л.В., Ляпин Е.А., Наумкин В.П., Попов Ю.С., Сафронов И.Н // Ускорители ионов с анодным слоем (обзор). М.: ЦНИИМАШ, 1975. С. 5.
  18. Морозов А.И., Есипчук Ю.В., Тилинин Г.Н, Трофимов А., Шаров Ю.А., Щепкин Г.Я. // ЖТФ. 1972. Т. 42. С. 54.
  19. Морозов А.И. // Плазменные ускорители / Ред. Арцимович Л.А. М.: Машиностроение, 1973. С. 85.
  20. Морозов А.И., Есипчук Ю.В., Капулкин А.М., Невровский В.А., Смирнов В.А. // ЖТФ. 1973. Т. 43. С. 972.
  21. Есипчук Ю.В., Тилинин Г.Н // ЖТФ. 1976. Т. 46. С. 718.
  22. Тилинин Г.Н. // ЖТФ. 1977. Т. 47. С. 1684.
  23. Козубский К.Н., Мурашко В.М., Рылов Ю.П., Трифонов Ю.В., Ходненко В.П., Ким В.П., Попов Г.А., Обухов В.А. // Физика плазмы. 2003. Т. 29. С. 277.
  24. Абраменков Г.В., Вертаков Н.М., Дронов П.А. Каплин М.А., Приданников С.Ю. // Космическая техника и технологии. 2023. № 4 (43). С. 36.
  25. Бугрова А.И., Ким В.П // Плазменные ускорители и ионные инжекторы / Ред. Козлов Н.П., Морозов А.И. М.: Наука, 1984. С. 107.
  26. Егоров В.В., Ким В.П., Семенов А.А., Шкарбан И.И. // Ионные инжекторы и плазменные ускорители / Ред. Морозов А.И., Семашко Н.Н. М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 56.
  27. Ким В.П. // Физика плазмы. 2017. Т. 43. С. 406. https://doi.org/10.7868/S0367292117040059
  28. Kim V., Kozlov V., Skrylnikov A. Local Plasma Parameter Measurements by Nearwall Probes Inside the SPT Accelerating Channel Under Thruster Operation With Kr. 38th JPC. Indianapolis, IN (USA), July 7–10, 2002. P. AIAA 2002-4108. https://doi.org/10.2514/6.2002-4108
  29. Mitrofanova O.A., Gnizdor R.Yu. // Proc. 33rd Int. Electric Propulsion Conf. Washington, 2013. P. IEPC-2013-51.
  30. Ким В.П., Гниздор Р.Ю., Ермошкин Ю.М., Меркурьев Д.В., Приданников С.Ю. // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2018. № 3. С. 18. https://doi.org/10.7868/S0207352818030046
  31. Приданинков С.Ю. Исследование характеристик стационарных плазменных двигателей при длительной работе: Дис. ... канд. тех. наук: 05.07.05. Калининград: РГУ, 2003. 203 с.
  32. Mikellides I.G., Katz I, Hofer R.R, Goebel D.M., de Grys K., Mathers A. // Phys. Plasmas. 2011. V. 18. P. 033501. https://doi.org/10.1063/1.3551583
  33. Hofer R., Kamhawi H., Herman D., Polk J., Snyder J, Mikellides I., Huang W., Myers J., Yim J., Williams G., Ortega A., Jorns B., Sekerak M., Griffiths Ch., Shastry R., Haag Th., Verhey T., Gilliam B., Katz I., Goebel D, Anderson J., Gilland J, Clayman L. // Proc. 30th Int. Symp. Space Technology and Science and 34th Int. Electric Propulsion Conf. and 6th Nano-satellite Symp. Kobe, 2015. P. IEPC-2015-186 / ISTS-2015-b-186.
  34. Shashkov A.S., Lovtsov A.S. // Proc. 36th Int. Electric Propulsion Conf. Vienna, 2019. P. IEPC-2019-392.
  35. Морозов А.И., Меликов И.В. // ЖТФ. 1974. Т. 44. С. 544.
  36. Ким В.П. // ЖТФ. 2015. Т. 85. С. 45.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).