Ракетный двигатель малой тяги для космического летательного аппарата

Ракетный двигатель малой тяги для космического летательного аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Известный уровень техники и краткое изложение сущности изобретения

Настоящее изобретение относится к ракетным двигателям малой тяги. Ракетные двигатели малой тяги используются для обеспечения движения космических летательных аппаратов и имеют типичную скорость истечения реактивной струи от 2 км/с до более чем 50 км/с и плотность тяги менее или около 1 Н/м². В отсутствие какого-либо материала для отталкивания или опоры ракетные двигатели малой тяги работают на принципе выброса части собственной массы космического аппарата. Скорость истечения реактивной струи при этом выбросе массы является основным фактором для оценки кпд ракетного двигателя малой тяги и обычно она должна иметь максимальную величину.

Известны различные конструкции ракетных двигателей малой тяги, применяемых в космических летательных аппаратах. В US-A-5 241 244 описан так называемый ионный двигатель малой тяги решетчатого типа. В этом устройстве газообразное топливо сначала ионизируется, и образовавшиеся ионы ускоряются статическим электромагнитным полем, созданным между решетками. Ускоренные ионы нейтрализуются потоком электронов. Для ионизации газообразного топлива в этом документе предложено одновременно использовать кондиционирующее и удерживающее магнитное поле и электромагнитное поле при частоте электронного циклотронного резонанса (ЭЦР) магнитного поля. Подобный двигатель малой тяги описан также в FR-A-2 799 576, где для ионизации газа используется индукция. Двигатели малой тяги такого типа имеют скорость истечения около 30 км/с и плотность тяги менее 1 Н/м² при электрической мощности 2,5 кВт.

Одной из проблем устройств такого типа является необходимость наличия очень высокого напряжения между ускорительными решетками. Другая проблема заключается в эрозии решеток в результате ударов ионов. И, наконец, нейтрализаторы и решетки обычно являются очень чувствительными устройствами.

В US-A-5 581 155 описан ракетный двигатель малой тяги, построенный на эффекте Холла. В этом двигателе малой тяги также используется электромагнитное поле для ускорения положительно заряженных частиц. Скорость истечения в двигателе малой тяги такого типа составляет около 15 км/с при плотности тяги менее 5 Н/м² для мощности 1,3кВт. Подобно ионному двигателю малой тяги решетчатого типа у него также существует проблема эрозии, а наличие нейтрализатора делает этот двигатель малой тяги потенциально ненадежным.

В US-A-6 205 769 или работе D.J.Sullivan et al., Development of a microwave resonant cavity electrothermal thruster prototype, IEPC 1993, N.36, pp.337-354, обсуждаются электротермические микроволновые двигатели малой тяги. Эти двигатели малой тяги основаны на нагреве газообразного топлива микроволновым полем. Нагретый газ выбрасывается через сопло, создавая тягу. Этот тип двигателя малой тяги имеет скорость истечения около 9-12 км/с и тягу от 200 до 2000 Н.

В работе D.A.Kaufman et al. Plume characteristic of an ECR plasma thruster, IEPC 1993, N.37, pp.355-360; H.Tabara et al., Performance characteristic of a space plasma simulator using an electron cyclotron resonance plasma accelerator and its application to material and plasma interaction research, IEPC 1997 N.163, pp.994-100, обсуждаются плазменные двигатели малой тяги на ЭЦР. В таком двигателе малой тяги плазма создается с помощью электронного циклотронного резонанса в магнитном сопле. Электроны ускоряются в осевом направлении силой магнитного дипольного момента, создавая электрическое поле, которое ускоряет ионы и создает тягу. Иными словами, плазма естественно течет вдоль силовых линий ослабевающего магнитного поля. Этот тип двигателя малой тяги имеет скорость истечения до 35 км/с. В US-В-6 293 090 описан плазменный РЧ двигатель малой тяги; он работает на том же принципе, основное отличие состоит в том, что вместо использования поля ЭЦР плазма создается более нижнегибридной волной.

В US-В-6 334 302 и F.R.Chang-Diaz, Design characteristic of the variable I_SP plasma rocket, IEPC 1991, N.128 описан магнитоплазменный ракетный двигатель с переменным удельным импульсом (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket, сокращенно VaSIMR). В этом двигателе малой тяги используется трехступенчатый процесс подачи, разогрева и управляемого истечения плазмы в форме магнитной амбиполярной ловушки. Источником плазмы является геликонный генератор, а нагревателем плазмы служит циклотронный генератор. Сопло представляет собой радиально расходящееся магнитное поле. Так же, как и в ЭЦР или РЧ двигателе малой тяги ионизированные частицы не ускоряются, а движутся вдоль силовых линий ослабевающего магнитного поля. Этот тип двигателя малой тяги имеет скорость истечения порядка 10-300 км/с и тягу 50-1000 Н.

В US-А-4 641 060 и US-А-5 442 185 обсуждаются плазменные ЭЦР генераторы, относящиеся к другой области, которые используются для вакуумной накачки или для имплантации ионов. Еще один пример подобного плазменного генератора описан в US-А-3 160 566.

В US-А-3 571 734 описаны способ и устройство для ускорения частиц. Их целью является создание пучка частиц для реакций ядерного синтеза. Газ подают в цилиндрический резонатор, который подвергают воздействию налагающихся аксиальных и радиальных магнитных полей. Для ионизации газа прикладывают электромагнитное поле на частоте ЭЦР. Интенсивность магнитного поля уменьшается вдоль оси резонатора, поэтому ионизированные частицы движутся вдоль этой оси. Этот ускоритель также описан в работе Compte Rendu de l'Academie des Sciences, November 4, 1963, vol.257, p.2804-2807. Целью этих устройств является создание пучка частиц для реакций ядерного синтеза, поэтому скорость истечения составляет около 60 км/с, однако плотность тяги очень низкая, обычно ниже 1,5 Н/м².

В US-А-3 425 902 описано устройство для создания и удержания ионизированных газов. Магнитное поле имеет максимальную величину на обоих концах камеры, в которой ионизируются газы.

В заявке на Европейский патент ЕР-03290712 описан ракетный двигатель малой тяги с использованием тяги, создаваемой пондеромоторной силой. На фиг.1 показан схематический вид поперечного сечения этого известного двигателя малой тяги. Двигатель 1 малой тяги на фиг.1 построен на применении электронного циклотронного резонанса для создания плазмы и пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, для ускорения этой плазмы с целью создания тяги. Пондеромоторная сила - это сила, действующая на плазму в результате градиента плотности высокочастотного электромагнитного поля. Эта сила обсуждается в работе H.Motz and C.J.Watson (1967), Advances in electronics and electron physics 23, pp. 153-302. В отсутствие магнитного поля эту силу можно выразить как

для одной частицы

для плазмы с .

В присутствии неоднородного магнитного поля эту силу можно выразить как

Устройство на фиг.1 содержит трубу 2. Труба имеет продольную ось 4, определяющую ось тяги; действительно тяга, создаваемая двигателем 1 малой тяги, направлена вдоль этой оси, хотя она может иметь направление, описанное ниже со ссылками на фиг.10-13. Внутри трубы образована камера 6, в которой газообразное топливо ионизируется и ускоряется.

В примере на фиг.1 труба имеет цилиндрическую форму. Она выполнена из непроводящего материала для обеспечения образования магнитного и электромагнитного поля внутри камеры; можно использовать обладающие низкой диэлектрической проницаемостью керамические материалы, кварц, стекло или подобные материалы. Труба может быть также выполнена из материала, имеющего высокую степень излучения вторичных электронов, такого как BN, Al₂O₃, B₄C. Это повышает электронную плотность в камере и улучшает ионизацию.

Труба проходит непрерывно вдоль двигателя 1 малой тяги, при этом газ вводится через один конец трубы. Однако можно предусмотреть другие формы этой трубы. Например, поперечное сечение трубы, которое в данном примере является круглым, может иметь другую форму в зависимости от потока плазмы, необходимого на выходе двигателя 1 малой тяги. Также, если нет потребности в том, чтобы труба простиралась непрерывно между инжектором и выходом двигателя 1 малой тяги (в этом случае труба может быть выполнена из металлов или сплавов, таких как сталь, W, Mo, Al, Cu, Th-W или Cu-W, которые могут также быть импрегнированы или покрыты оксидом бария или оксидом магния, или содержать радиоактивный изотоп для усиления ионизации), как будет поясняться ниже, плазма удерживается не трубой, а магнитным и электромагнитным полями, прикладываемыми в двигателе 1 малой тяги. Следовательно, труба может содержать две отдельные секции, при этом камера все равно простирается вдоль двигателя 1 малой тяги между двумя секциями трубы.

На одном конце трубы предусмотрен инжектор 8. Инжектор подает ионизируемый газ в трубу, как показано на фиг.1 стрелкой 10. Этот газ может содержать инертные газы Хе, Ar, Ne, Kr, He, химические соединения, такие как Н₂, N₂, NH₃, N₂H₂, H₂O или CH₄, или даже металлы типа Cs, Na, K Li (щелочные металлы) или Hg. Чаще всего используются Хе и Н₂, которые требуют меньше энергии для ионизации.

Двигатель 1 малой тяги дополнительно содержит генератор магнитного поля, который создает магнитное поле в камере 6. В примере на фиг.1 генератор магнитного поля содержит две катушки 12 и 14. Эти катушки создают внутри камеры 6 магнитное поле В, продольная компонента которого представлена на фиг.2. Как показано на фиг.2, продольная компонента магнитного поля имеет два максимума, положение которых соответствует катушкам. Первый максимум B_max1, соответствующий первой катушке 12, находится вблизи инжектора. Он служит только для удержания плазмы и не является необходимым для работы двигателя 1 малой тяги. Однако его преимущество состоит в продольном удержании электронов плазмы, что облегчает ионизацию посредством эффекта магнитный бутылки; кроме того, конец трубы и сопло инжектора защищены от эрозии. Второй максимум B_max2, соответствующий второй катушке 14, позволяет удерживать плазму внутри камеры. Он также отделяет ионизационный объем двигателя 1 малой тяги, расположенный перед этим максимумом, от ускоряющего объема, расположенного за первым максимумом. Величину продольной компоненты магнитного поля на этом максимуме можно адаптировать, как будет обсуждаться ниже. Между этими двумя максимумами или после второго максимума, где вводится газ, магнитное поле имеет более низкую величину. В примере на фиг.1 магнитное поле имеет минимальное значение B_min по существу в середине камеры.

В ионизационном объеме двигателя 1 малой тяги, расположенном между двумя максимумами магнитного поля в примере на фиг.1, радиальная и орторадиальная компоненты магнитного поля, то есть компоненты магнитного поля в плоскости, перпендикулярной к продольной оси двигателя 1 малой тяги, не имеют значения для работы двигателя 1 малой тяги; предпочтительно, они имеют меньшую интенсивность, чем продольная компонента магнитного поля. Действительно, они могут только снизить кпд двигателя 1 малой тяги в результате введения ненужного движения ионов и электронов внутри камеры в направлении стенок.

В ускоряющем объеме двигателя 1 малой тяги, находящемся справа, то есть после второго максимума B_max2 магнитного поля в примере фиг.1, направление магнитного поля по существу задает направление тяги. Следовательно, это магнитное поле предпочтительно должно быть направлено вдоль оси двигателя малой тяги. Радиальная и орторадиальная компоненты магнитного поля предпочтительно должны быть как можно меньше.

Таким образом, в ионизационном объеме, так же как и в ускоряющем объеме, магнитное поле по существу параллельно оси двигателя 1 малой тяги. Угол между магнитным полем и осью 4 двигателя 1 малой тяги предпочтительно меньше 45º и более предпочтительно меньше 20º. В примере на фиг.1 и 2 этот угол по существу равен 0º_, поэтому график на фиг.2 соответствует не только интенсивности магнитного поля, нанесенной на график по оси двигателя 1 малой тяги, но также и осевой компоненте этого магнитного поля.

Интенсивность магнитного поля, созданного генератором магнитного поля, то есть значения B_max1, B_max2 и B_min, предпочтительно выбираются следующим образом. Максимальные значения выбираются так, чтобы позволить удерживать электроны плазмы в камере; чем выше значение зеркального отношения B_max/B_min, тем лучше электроны удерживаются в камере. Это значение можно выбрать в зависимости от требуемой плотности тяги (массового расхода) и мощности электромагнитного ионизирующего поля (или мощности для данного расхода), чтобы после прохождения второго пика магнитного поля ионизировалось 90% газа или больше. Меньшее значение B_min зависит от положения катушек. Оно не имеет большого значения, за исключением варианта, показанного на фиг.4 и 5. Часть электронов, которая теряется из магнитной бутылки, в процентах, можно представить следующим образом:

Для заданного массового расхода или заданной тяги меньшее α_lost позволяет уменьшить мощность ионизации при том же расходе и доли ионизации.

Кроме того, магнитное поле предпочтительно выбирается таким образом, чтобы ионы были по большей части нечувствительны к магнитному полю. Иными словами, значение магнитного поля должно быть достаточно низким, чтобы ионы газообразного топлива не отклонялись или по существу не отклонялись магнитным полем. Это условие позволяет ионам газообразного топлива пролетать через трубу по существу по прямой линии и улучшает тягу. Определим ионную циклотронную частоту как

f_ICR=q·B_max/2πM,

ионы считаются ненамагниченными, если ионная циклотронная частота намного меньше, чем частота столкновения ионов f_{ion-collision} (или параметр Холла для ионов, являющийся их отношением, меньше 1)

f_ICR=<<f_{ion-collision,}

где q - электрический заряд, М - масса ионов и B_max - максимальное значение магнитного поля. В этом ограничении f_ICR - частота ионного циклотронного резонанса, и она является частотой, с которой ионы вращаются вокруг силовых линий магнитного поля; это ограничение представляет тот факт, что время вращения в камере настолько велико по сравнению с периодом столкновений, что движение ионов фактически не изменяется под действием магнитного поля. Как известно, f_{ion-collision} определяется как

f_{ion-collision} = N·σ·V_TH,

где N - объемная плотность электронов, σ - поперечное сечение столкновений электронов с ионами и V_TH - тепловая скорость электронов. Тепловую скорость можно выразить как

,

где k - микроскопическая постоянная Больцмана, Т - температура и m_е - масса электрона. f_{ion-collision} представляет количество столкновений, претерпеваемых одним ионом в секунду в облаке электронов, имеющем плотность N и температуру Т.

Предпочтительно выбирается максимальное значение магнитного поля, чтобы

f_ICR < f_{ion-collision}/2

или даже

f_ICR < f_{ion-collision}/10

Следовательно, период ионного циклотронного резонанса в двигателе 1 малой тяги по меньшей мере в два раза продолжительнее, чем период столкновения ионов в камере или в двигателе 1 малой тяги.

Это все еще возможно при достаточном удержании газа внутри ионизационного объема двигателя 1 малой тяги, как показано в численном примере, приведенном ниже. Тот факт, что ионы по большей части нечувствительны к магнитному полю, прежде всего способствует фокусировке пучка ионов и электронов на выходе двигателя 1 малой тяги, увеличивая тем самым кпд.

Кроме того, ионы при этом не остаются присоединенными к силовым линиям магнитного поля после выхода из двигателя 1 малой тяги, что обеспечивает образование чистой тяги.

Двигатель 1 малой тяги дополнительно содержит генератор электромагнитного поля, который создает электромагнитное поле в камере 6. В примере на фиг.1 генератор электромагнитного поля содержит первый эндовибратор 16 и второй эндовибратор 18, расположенные соответственно возле катушек 12 и 14. Первый эндовибратор 16 предназначен для создания колеблющегося электромагнитного поля в резонаторе между двумя максимумами магнитного поля, или, по меньшей мере, на стороне максимума B_max2, содержащего инжектор, то есть выше по течению. Колеблющееся поле является ионизирующим полем с частотой f_E1 в микроволновом диапазоне длин волн, то есть между 900 МГц и 80 ГГц. Частота этого электромагнитного поля предпочтительно адаптирована к локальному значению магнитного поля, чтобы важная или существенная часть ионизации была обусловлена электронным циклотронным резонансом. В частности, для данного значения B_res магнитного поля частота электронного циклотронного резонанса определяется по формуле:

f_ЕCR = eB_res/2πm

где е - электрический заряд, а m - масса электрона. Это значение частоты электромагнитного поля адаптировано к обеспечению максимальной ионизации газообразного топлива электронным циклотронным резонансом. Предпочтительно, чтобы значение частоты электромагнитного поля f_E1 было равно частоте ЭЦР, вычисленной для случая, когда приложенное электромагнитное поле максимальное. Конечно, это всего лишь приближение, так как интенсивность магнитного поля изменяется вдоль оси, и электромагнитное поле прикладывается локально и не к одной точке.

Можно также выбрать значение частоты, которое не равно точно этому предпочтительному значению; предпочтительным является диапазон ±10% частоты ЭЦР. Диапазон ±5% дает лучшие результаты. Также предпочтительно, чтобы по меньшей мере 50% газообразного топлива было ионизировано при пересечении ионизационного объема или камеры. Такое количество ионизированного газа возможно только при использовании ЭЦР для ионизации; если изменение частоты электромагнитного поля выходит за пределы диапазона ±10%, то степень ионизации газообразного топлива, по всей вероятности, упадет ниже предпочтительной величины 50%.

Направление электрической компоненты электромагнитного поля в ионизационном объеме предпочтительно перпендикулярно направлению магнитного поля; в любом месте угол между локальным магнитным полем и локальной колеблющейся электрической компонентой электромагнитного поля предпочтительно составляет от 60 до 90º, предпочтительно от 75 до 90º. Это нужно для оптимизации ионизации посредством ЭЦР. В примере на фиг.1 электрическая компонента электромагнитного поля орторадиальная или радиальная; она удерживается в плоскости, перпендикулярной продольной оси, и ортогональна прямой линии этой плоскости, проходящей через данную ось; это реализуется простым выбором резонансной моды в эндовибраторе. В примере на фиг.1 электромагнитное поле резонирует в моде TE₁₁₁. Орторадиальное поле также обеспечивает улучшение удержания плазмы в ионизационном объеме и ограничения ее контакта со стенкой камеры. Направление электрической компоненты электромагнитного поля может варьироваться относительно этого предпочтительного орторадиального направления; предпочтительно, чтобы угол между электромагнитным полем и орторадиальным направлением был меньше 45º и более предпочтительно меньше 20º.

В ускоряющем объеме частота электромагнитного поля также предпочтительно выбирается близкой или равной частоте ЭЦР. Это позволит интенсивности пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, быть ускоряющей с обеих сторон максимума электромагнитного поля, как показано во втором уравнении, приведенном выше. И в данном случае частота электромагнитной силы также не должна быть совершенно идентична частоте ЭЦР. Те же самые диапазоны, что и приведенные выше, применимы для частоты и углов между магнитным и электромагнитным полями. При этом следует отметить, что частота электромагнитного поля, используемая для ионизации и ускорения, может быть одинаковой, - это упрощает конструкцию генератора электромагнитного поля, так как можно использовать один и тот же микроволновый генератор для возбуждения обоих резонаторов.

Также предпочтительно, чтобы электрическая компонента электромагнитного поля была чисто радиальной или орторадиальной, для получения максимальной пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями. Кроме того, орторадиальная электрическая компонента электромагнитного поля будет фокусировать плазменный пучок на выходе двигателя 1 малой тяги. Угол между электрической компонентой электромагнитного поля и радиальным или орторадиальным направлением в данном случае также предпочтительно должен быть меньше 45º или, даже лучше, меньше 20º.

На фиг.2 показан график интенсивности магнитного и электромагнитного полей вдоль оси двигателя 1 малой тяги, изображенного на фиг.1; интенсивность магнитного поля и электромагнитного поля нанесены по вертикальной оси. Положение вдоль оси двигателя 1 малой тяги показано на горизонтальной оси. Как обсуждалось выше, интенсивность магнитного поля, которое в основном параллельно оси двигателя 1 малой тяги, имеет два максимума. Интенсивность электрической компоненты электромагнитного поля имеет первый максимум E_max1, расположенный в средней плоскости первого резонатора, и второй максимум E_max2, расположенный в средней плоскости второго резонатора. Значение интенсивности первого максимума выбирается вместе с массовым расходом в ионизационной камере. Значение второго максимума можно адаптировать к I_sp, необходимой на выходе двигателя 1 малой тяги. В примере на фиг.2 частота первого и второго максимумов электромагнитного поля равны; действительно, резонаторы идентичны и возбуждаются одним и тем же микроволновым генератором. В примере на фиг.2 начало координат по оси двигателя 1 малой тяги находится на сопле инжектора.

Изобретение можно проиллюстрировать следующими примерными величинами. Поток газа 6 мг/с, общая мощность микроволнового излучения приблизительно 1550 Вт, что соответствует около 350 Вт на ионизацию и около 1200 Вт на ускорение для создания тяги около 120 мН. Частота микроволнового излучения около 3 ГГц. Магнитное поле может при этом иметь интенсивность с максимумом около 180 мТл и минимумом около 57 мТл. На фиг.2 также показано значение B_res магнитного поля на участке, где расположены резонаторы. Как обсуждалось выше, частота электромагнитного поля предпочтительно равна соответствующей частоте ЭЦР eB_res/2πm.

Следующие примерные числовые значения приведены для двигателя 1 малой тяги, обеспечивающего скорость истечения около 20 км/с и плотность тяги выше 100 Н/м². Труба выполнена из BN, имеет внутренний диаметр 40 мм, внешний диаметр 48 мм и длину 260 мм. Инжектор подает Хе со скоростью 130 м/с на входе в трубу и с массовым расходом около 6 мг/с.

Первый максимум магнитного поля B_max1 расположен на расстоянии х_В1=20 мм от сопла инжектора; интенсивность магнитного поля B_max1 составляет около 180 мТл. Первый резонатор для электромагнитного поля расположен на расстоянии х=125 мм от сопла инжектора; интенсивность Е₁ магнитного поля составляет около 41000 В/м. Второй максимум магнитного поля B_max2 расположен на расстоянии х_B2=170 мм от сопла инжектора; интенсивность этого магнитного поля B_max2 составляет около 180 мТл. Второй резонатор для электромагнитного поля расположен на расстоянии х_E2=205 мм от сопла инжектора; интенсивность Е₂ магнитного поля составляет около 77000 В/м.

Ионизируется около 90% газа, поступающего в ускоряющий объем (x > x_b2).

f_ICR=15,9 МГц, так как q=е и М=130 атомных единиц массы. Следовательно, параметр Холла для ионов равен 0,2, так что ионы в большей части не чувствительны к магнитному полю.

Эти значения являются примерными. Они демонстрируют, что предложенный двигатель 1 малой тяги позволяет обеспечить одновременно скорость истечения выше 15 км/с и плотность тяги выше 100 Н/м². Что касается процесса, то двигатель 1 малой тяги, изображенный на фиг.1, работает следующим образом. Газ подается в камеру. Затем он подвергается воздействию первого магнитного поля и первого электромагнитного поля и при этом по меньшей мере частично ионизируется. Этот частично ионизированный газ затем проходит за пределы пикового значения магнитного поля. Там он подвергается воздействию второго магнитного поля и второго электромагнитного поля и ускоряется под действием наведенной магнитными полями пондеромоторной силы. Ионизация и ускорение происходят раздельно и последовательно, и управление ими осуществляется независимо.

Таким образом, в описанном двигателе малой тяги ионизация основана на ЭЦР и в примере на фиг.1, описанном выше, также используются катушки для создания необходимого магнитного поля. Даже несмотря на то, что ЭЦР является хорошим методом ионизации газов, может быть трудно инициировать такой разряд. Реализация согласования импедансов также может представлять трудность. Кроме того, использование катушек для создания аксиального магнитного поля требует большого количества энергии. Катушка также создает магнитное поле снаружи двигателя малой тяги, которое может создавать значительные помехи для других устройств или даже вызывать их повреждение. Кроме того, если катушки не выполнены из сверхпроводящих материалов, то они вырабатывают тепло. Поэтому они отрицательно влияют на энергетический кпд двигателя малой тяги и на общую массу системы, так как для них требуется дополнительная система терморегуляции.

Таким образом, существует потребность в ракетном двигателе малой тяги многоцелевого назначения, имеющем высокую скорость истечения. Также существует потребность в двигателе малой тяги, который можно легко изготовить. Более того, существует потребность в более прочном и удобном в эксплуатации ракетном двигателе малой тяги, обладающем меньшей массой, чем известные двигатели. Существует также потребность в надежном ракетном двигателе малой тяги, имеющем меньше проблем, связанных с нагревом. Этим характеризуется устройство, ускоряющее частицы до высокой скорости с помощью ориентированной силы корпуса.

Таким образом, согласно настоящему изобретению предложен вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор, предназначенный для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор, предназначенный для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси, и

преграждающее средство, расположенное после инжектора и перед главной камерой, для частичного преграждения главной камеры.

Согласно другому варианту изобретения предложен вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий:

главную камеру, определяющую ось тяги;

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру;

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры, и

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси,

причем вводимый ионизируемый газ является газом, окружающим двигатель малой тяги.

Этот двигатель малой тяги может также иметь один или более из следующих существенных признаков:

инжектор содержит по меньшей мере камеру сжатия;

инжектор содержит по меньшей мере камеру расширения.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий:

главную камеру, определяющую ось тяги;

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру;

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры, и

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси, причем инжектор выполнен с возможностью введения ионизируемого газа на месте нахождения ионизатора.

Этот двигатель малой тяги может также иметь один или более из следующих существенных признаков:

инжектор выполнен с возможностью введения ионизируемого газа в главную камеру по меньшей мере через щель,

инжектор выполнен с возможностью введения ионизируемого газа в главную камеру по меньшей мере через отверстие,

инжектор выполнен с возможностью введения ионизируемого газа в главную камеру по меньшей мере в одном положении вдоль главной камеры.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий:

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры, и

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, по меньшей мере после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси,

причем первый генератор магнитного поля не содержит катушки.

Этот двигатель малой тяги может также иметь один или несколько из следующих существенных признаков:

двигатель малой тяги содержит первую магнитную цепь, выполненную из материалов с более высокой магнитной проницаемостью, чем магнитная проницаемость вакуума, и способную создавать магнитное поле по существу параллельно оси главной камеры,

генератор магнитного поля содержит по меньшей мере один магнит,

генератор магнитного поля содержит по меньшей мере один электромагнит,

двигатель малой тяги содержит по меньшей мере второй генератор магнитного поля для создания второго магнитного поля и создания эффекта магнитной бутылки вдоль оси перед ускоряющим полем пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями,

второй генератор магнитного поля содержит по меньшей мере катушку;

второй генератор магнитного поля содержит по меньшей мере магнит по существу с аксиальной поляризацией;

второй генератор магнитного поля содержит по меньшей мере электромагнит по существу с аксиальной поляризацией;

двигатель малой тяги содержит третий генератор магнитного поля для создания третьего магнитного поля, имеющего по меньшей мере третий максимум вдоль оси, причем третий генератор магнитного поля по меньшей мере перекрывает ускоряющее поле пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями;

первый генератор магнитного поля и третий генератор магнитного поля имеют первый общий элемент;

первый общий элемент содержит по меньшей мере магнит;

двигатель малой тяги содержит четвертый генератор магнитного поля для создания четвертого магнитного поля, имеющего по меньшей мере четвертый максимум вдоль оси, причем четвертый генератор магнитного поля расположен после третьего генератора магнитного поля,

четвертый генератор магнитного поля и третий генератор магнитного поля имеют второй общий элемент;

второй общий элемент содержит по меньшей мере магнит;

второй общий элемент содержит по меньшей мере электромагнит.

Согласно изобретению предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

основную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси, и

пятый генератор магнитного поля для изменения направления магнитного поля в ускоряющем поле пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями,

причем пятый генератор магнитного поля содержит по меньшей мере один электромагнит,

пятый генератор магнитного поля содержит по меньшей мере один магнит.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси, и

шестой генератор магнитного поля для удержания ионизированного газа перед ускоряющим полем пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси, и

крепежное средство для крепления по меньшей мере двух элементов двигателя малой тяги.

Этот двигатель малой тяги может также иметь один или более из следующих существенных признаков:

крепежное средство содержит по меньшей мере решетку,

крепежное средство содержит по меньшей мере пластину,

крепежное средство содержит по меньшей мере стержень,

крепежное средство содержит по меньшей мере перемычку вдоль оси.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси, и

по меньшей мере один эндовибратор,

причем генератор электромагнитного поля выполнен с возможностью управления модой резонатора.

Этот двигатель малой тяги может также иметь один или более из следующих существенных признаков:

генератор электромагнитного поля содержит корпус для создания стоячих электромагнитных волн внутри резонатора,

корпус выполнен с возможностью вмещать в себя по меньшей мере часть эндовибратора,

двигатель малой тяги содержит средство из твердого материала внутри резонатора, предназначенное для управления модой эндовибратора.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси,

причем ионизатор содержит по меньшей мере одну металлическую поверхность, работа выхода которой больше, чем первый ионизационный потенциал ракетного топлива.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

первый генератор магнитного поля и генератор электромагнитного поля для создания ускоряющего поля пондеромоторной силы, обусловленной магнитными полями, после ионизатора вдоль направления тяги на упомянутой оси,

причем ионизатор содержит по меньшей мере один эмиттер электронов.

Согласно изобретению также предложен другой вариант ракетного двигателя малой тяги, содержащий

главную камеру, определяющую ось тяги,

инжектор для введения ионизируемого газа в главную камеру,

ионизатор для ионизации введенного газа внутри главной камеры,

п