Лаборатории

Приглашенный ученый Лёб Хорст Вольфганг Йозеф Адам Германия

Номер договора

11.G34.31.0022

Период реализации проекта

2010-2014

Сайт лаборатории

Нигматзянов Владислав Вадимович

По данным на 30.01.2020

Количество специалистов

148

научных публикаций

Объектов интеллектуальной собственности

Для ракетных двигателей одним из ключевых параметров является скорость истечения рабочего тела из двигателя. Для жидкостного ракетного двигателя она составляет около 4 км/сек. Для исследования дальнего космоса требуются более высокие скорости – от 30 до 70 км/сек. Эти параметры могут обеспечить высокочастотные ионные двигатели. В Московском авиационном институте давно шли работы над электрическими ракетными двигателями, которые преобразуют электрическую энергию в направленную энергию частиц. К сожалению, в связи с кризисом российской космической отрасли в 90-х гг. эти работы были сокращены. Благодаря конкурсу мегагрантов появилась возможность возобновить эти работы. Так, в 2010 году была создана Лаборатория высокочастотных ионных двигателей.

Наименование проекта: Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей

Приоритет СНТР: а

Направления исследований:

Разработка физико-технических основ и анализ перспектив применения процессов высокочастотной (ВЧ) плазмодинамики для создания космических электроракетных двигателей (ЭРД) с высоким удельным импульсом тяги и ресурсом в широком диапазоне мощности, в частности высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД).

Разработка и исследование подсистем ВЧИД: ВЧ разрядных камер, ионно-оптических систем с высокой плотностью тока, ВЧ генераторов, обеспечивающих высокие КПД и ресурс ВЧИД.

Развитие существующих и создание новых физических моделей функционирования как отдельных элементов ВЧИД, так и ВЧИД в целом, разработка программно-алгоритмического обеспечения управления ВЧИД.

Модернизация и создание экспериментальных стендов для исследования и испытаний ВЧИД с высокими удельными импульсами тяги, оснащенных современным вакуумным оборудованием и диагностическими средствами.

Определение перспектив использования и освоение новых технологий и материалов для усовершенствования конструкции и энергетических характеристик ВЧИД.

Разработка, исследование и передача в промышленные организации экспериментальных образцов ВЧИД по согласованным исходным данным.

Разработка схем осуществления перспективных задач космических исследований в части межорбитальных и межпланетных перелетов с использованием маршевых ВЧИД.

Исследование принципов интеграции ВЧИД с системами КА, в частности для обеспечения электромагнитной совместимости двигателей с КА и его бортовыми радиотехническими системами.

Баллистический анализ перспективных транспортных задач с использованием ВЧИД.

Цель проекта:

Исследование и разработка высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей с высоким удельным импульсом тяги

Создание на основании проведенных поисково-прикладных исследований экспериментальных образцов высокочастотных ионных двигателей (ВЧИД) и технологических источников ионов на их базе для внедрения в космическую технику

Проведена глубокая модернизация экспериментальной базы для исследования рабочих процессов в ВЧИД, соответствующая мировому уровню.
Освоена технология создания и исследования перспективного ВЧИД, не имеющего прототипов в Российской Федерации. Выбраны и освоены новые материалы, применение которых в ВЧИД позволит повысить их потребительские свойства.
Получены новые данные, обеспечивающие высокую эффективность ввода и преобразования энергии в высокочастотных разрядах для различных устройств.
Уточнены теоретические представления о процессах в разряде.
Рассмотрена задача исследования собственного электромагнитного излучения ВЧИД.
Созданы математические модели рабочих процессов в элементах двигателя, позволяющие рассчитывать процессы в двигателе при длительных временах его работы.
Созданы модели-прототипы двигателей для внедрения в промышленность.
Созданы источники заряженных частиц для процессов ионно-плазменной технологии для формирования нано- и микроструктур и модификаций поверхности изделий различного назначения.
Рассмотрены вопросы использования ВЧИД для осуществления межпланетных космических полетов на примере полетов к астероидам, внутренним и внешним планетам Солнечной системы и их естественным спутникам, исследованы вопросы использования ЯЭРДУ с ВЧИД для противодействия астероидной опасности и увода космического мусора.
Выработаны рекомендации по мощностям и типам перспективных моделей двигателей, проектированию мощных ВЧИД, интеграции двигателя с элементами и подсистемами КА, минимизации отрицательных воздействий на КА при распространении струи ВЧИД в собственной внешней атмосфере КА.

Внедрение результатов исследования:

- Полученные результаты использованы в семи НИР и трех ОКР. Среди заказчиков такие известные предприятия и организации, как Институт космических исследований РАН, Исследовательский центр имени М. В. Келдыша, ЦНИИмаш.

Образование и переподготовка кадров:

- Разработаны новые образовательные программы: «Ионно-плазменные устройства для нанотехнологий» (разработчик – С. А. Хартов), «Перспективы развития энергодвигательных установок нового поколения для космических систем нового поколения» (разработчик – А. П. Плохих).

- Защиты: 4 докторские диссертации, 20 кандидатских диссертаций.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

В 2013 году Лаборатория переведена в состав научно-исследовательского института прикладной механики и электродинамики (НИИ ПМЭ МА).

Сотрудничество:

- Опытное конструкторское бюро «Факел» (ОКБ «Факел») (Россия), Открытое акционерное общество «Конструкторское бюро химавтоматики» (Россия), ГНЦ «Исследовательский центр имени М. В. Келдыша» (Россия), Акционерное общество «Конструкторское бюро химавтоматики» (АО КБХА), Открытое акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнёва» (Россия), ФГУП «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения» (Россия), ОАО «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва (Россия), департамент науки и технологий Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Россия), МГТУ им. Н. Э. Баумана (Россия), Университет Гиссена (Германия), Немецкое космическое агентство (Германия): совместные исследования

Скрыть Показать полностью

Masherov P.E., Riaby V.A., Abgaryan V.K.

Refined possibilities for plasma probe diagnostics. Review of Scientific Instruments 87(8): 086106 (2016).

Dukhopel’nikov D.V., Riazanov V.A., Vorob’ev E.V., Abgarian V.K., Popov G.A., Khartov S.A.

Effective sputtering yields of titanium, titanium nitride, and molybdenum induced by nitrogen ions and ions of nitrogen-oxygen mixtures. Journal of Surface Investigation 10(6): 1202-1207 (2016).

Masherov P., Riaby V., Abgaryan V.

Evaluation of ion current density distribution on an extraction electrode of a radio frequency ion thruster. Plasma Sources Science and Technology 26(1): 015004 (2017).

Balashov V., Cherkasova M., Kruglov K., Kudriavtsev A., Masherov P., Mogulkin A., Obukhov V., Riaby V., Svotina V.

Radio frequency source of a weakly expanding wedge-shaped xenon ion beam for contactless removal of large-sized space debris objects. Review of Scientific Instruments 88(8): 083304 (2017).

Круглов К.И.

Численный расчет распределения температур в блоке системы питания и управления высокочастотного ионного двигателя // Вестник Московского авиационного института - 2017 г., т. 24, № 4, с. 63-69.

Надирадзе А.Б., Обухов В.А., Рахматуллин Р.Р., Свотина В.В.

Эффекты эрозионного и загрязняющего воздействия при уводе объектов космического мусора ионным пучком // Известия Российской академии наук. Энергетика. - 2018 г., № 3., с. 131-139.

Понедельник , 02.12.2019

4 фото

Смотреть все

Лаборатория, принимающая организация	Область наук	Город	Приглашенный ученый	Период реализации проекта
Лаборатория. Приглашенный ученый Кайзер Ральф Инго Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук	Науки о космосе и космические исследования	Москва	Кайзер Ральф Инго США	2021-2023
Лаборатория исследования звезд с экзопланетами Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт астрономии Российской академии наук	Науки о космосе и космические исследования	Москва	Пискунов Николай Евгениевич Швеция	2019-2021
Лаборатория фундаментальной и прикладной рентгеновской астрофизики Федеральнoe государственнoe бюджетнoe учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук	Науки о космосе и космические исследования	Москва	Поутанен Юри Финляндия	2018-2020

Лаборатория "Исследования и разработка космических высокоимпульсных высокочастотных плазмодинамических электроракетных ионных двигателей"