Двигатель на эффекте холла: Двигатель на эффекте Холла — Википедия – Холловский двигатель (двигатель на основе эффекта Холла) — groupnk.ru — Группа НК — комплексные поставки электрооборудования в Москве и регионах

Содержание

Двигатель на эффекте Холла — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Схема двигателя на эффекте Холла с протяжённой зоной ускорения

Двигатель на эффекте Холла — разновидность электростатического ракетного двигателя, в котором используется эффект Холла (обеспечивает замкнутый дрейф электронов). При равных размерах с другим типом электростатического ракетного двигателя — ионным, холловский двигатель обладает большей тягой. Двигатели используются на космических аппаратах с 1972 года^[1]. Второе название данного двигателя — плазменный ракетный двигатель. Однако зачастую под плазменными двигателями подразумевают все электрические ракетные двигатели.

Холловский двигатель состоит из кольцевой камеры между анодом и катодом, вокруг которой расположены магниты. С одной стороны в камеру подаётся рабочее тело, с другой стороны происходит истекание плазмы. Нейтрализация положительного заряда плазмы производится электронами, эмитируемыми с катода.

По принципиальной схеме холловские двигатели делятся на двигатели с анодным слоем (ДАС) и с протяжённой зоной ускорения (СПД).

Между анодом и катодом обеспечивается разность потенциалов. В кольцевую камеру подаётся рабочее тело (например, ксенон). Под действием электростатического поля ионы разгоняются в осевом направлении. В радиальном направлении действует магнитная сила, которая в соответствии с эффектом Холла приводит к появлению тока в азимутальном направлении (замкнутый дрейф электронов в скрещенных электрическом и магнитном полях под действием силы Лоренца). Такое движение электронов обеспечивает ионизацию рабочего тела, а также устраняет ограничение по плотности тока, характерное для обычного ионного двигателя, и позволяет достичь относительно высоких значений расхода рабочего тела, и, как следствие, тяги двигателя

[2]^[1].

Применение холловских двигателей в СССР началось в 1972 году^[1]. Их серийное производство налажено в 1982 году^[3]. Наиболее современным из этих двигателей является SPT-140, в 2017 году выведший на целевую орбиту спутник Eutelsat 172B^[4].

В 2017 году на орбиту запущен спутник VENµS^[en] с установленным на нём холловским двигателем нового поколения производства израильской компании «Рафаэль»^[5].

Холловский двигатель (двигатель на основе эффекта Холла)

Холловский двигатель (двигатель на основе эффекта Холла).

Холловский двигатель (двигатель на основе эффекта Холла) является одной из разновидностей электростатического ракетного двигателя. Он позволяет получить более высокую плотность тяги, более высокие значения расхода рабочего тела, и, как следствие, более высокую тягу двигателя, чем ионный двигатель.

Устройство и принцип работы холловского двигателя

Схема холловского двигателя

Отличия и преимущества холловского двигателя по сравнению с ионным

Примерные технические характеристики холловского двигателя

Устройство и принцип работы холловского двигателя:

Холловский двигатель

(двигатель на основе эффекта Холла) – это одна разновидностей электростатического ракетного двигателя, в котором используется эффект Холла. Двигатели на основе эффекта Холла используются на космических аппаратах с 1972 года.

В основе принципа работы данного двигателя лежит эффект Холла, открытый в 1879 г. Эдвином Холлом (Edwin H. Hall). Он заключается в том, что в проводнике, в котором созданы взаимно перпендикулярные электрическое и магнитное поля, возникает электрический ток (называемый холловским) в направлении, перпендикулярном обоим этим полям. Иными словами, если электрическое и магнитное поля имеют направления соответственно по осям X и Y, то электрический (холловский) ток имеет направление вдоль оси Z.

Холловский двигатель состоит из кольцевой камеры. Иными словами, камера двигателя выполнена в форме кольца (цилиндра). С одной стороны в камеру подаётся рабочее тело, с другой стороны происходит истекание плазмы. Внутри двигателя располагается анод (положительный электрод), катод (отрицательный электрод) расположен снаружи двигателя. По внешней стороне кольца располагаются магниты.

Между анодом и катодом создается разность потенциалов. В кольцевую камеру подаётся рабочее тело (например, ксенон). Разряд между анодом и катодом ионизирует рабочее тело, отрывая электроны от нейтральных атомов газа. Под действием электростатического поля положительные ионы газа (плазма) разгоняются в осевом направлении – в направлении выходного отверстия цилиндрического двигателя. На выходе из двигателя происходит нейтрализация положительного заряда плазмы электронами, эмитируемыми с катода. Истечение положительных ионов из выходного отверстия создает тягу.

В радиальном направлении действует магнитная сила, которая в соответствии с эффектом Холла приводит к появлению электрического тока, движущегося в азимутальном направлении (т.е. вокруг центрального электрода, оси двигателя). Холловский ток создается движением электронов в электрическом и магнитном полях.

В холловском двигателе тяга создается также с помощью холловского тока, пересекающего радиальное магнитное поле. Их взаимодействие заставляет электроны обращаться вокруг оси двигателя. Эти электроны выбивают электроны из атомов ксенона, создавая ионы ксенона, которые осевое электрическое поле ускоряет в направлении выходного отверстия двигателя. Электроны холловского тока под действием силы Лоренца (возникающей в результате взаимодействия приложенного радиального магнитного поля с электрическим холловским током) создают дополнительную тягу и вырываются наружу в выходное отверстие вместе с положительными ионами.

Двигатель на основе эффекта Холла позволяет получить более высокую плотность тяги, более высокие значения расхода рабочего тела, и, как следствие, более высокую тягу двигателя, чем ионный двигатель, поскольку в истекающем потоке содержатся и положительные ионы, и электроны, что предотвращает накопление объемного заряда, уменьшающего напряженность ускоряющего электрического поля.

В зависимости от располагаемой мощности скорости истечения рабочего тела могут составлять от 10 до 50 км/с.