На стенде ПН-3 проводятся исследования в поддержку создания отечественного безэлектродного плазменного ракетного двигателя (БПРД). Одна из решаемых задач заключается в исследовании физических процессов, протекающих в магнитном сопле БПРД, в частности, ускорения и срыва истекающего плазменного потока с силовых линий неоднородного магнитного поля.
Магнитное сопло можно разделить на три области. Первая область находится в горловине магнитного сопла, и здесь необходимо определять, в какую компоненту плазмы вкладывается ВЧ энергия, а также радиальные распределения параметров плазменного потока на входе в магнитное сопло. Вторая область представляет собой всю оставшуюся часть магнитного сопла. В этой области требуется построить двухмерные карты всех параметров плазменного потока, прослеживая эволюцию этих параметров по мере расширения плазменного потока в магнитном сопле. Третья область находится на расстоянии от горловины сопла, гарантирующем срыв плазменного потока с силовых линий магнитного поля. Здесь измеряется итоговая функция распределения ионов по энергиям, создаваемая двигателем, тяга и угол срыва плазменного потока с силовых линий магнитного поля.
Разработан диагностический комплекс для исследования плазменных процессов в магнитном сопле. В его состав входят: диамагнитная катушка (изменение энергосодержания плазменного потока), подвижные зонды (двухмерные карты параметров плазмы – электронной температуры и плотности, плазменного потока) и специальные (функция распределения ионов по вращательной энергии) зонды, оптическая эмиссионная спектроскопия (радиальные распределения электронной температуры, плотности и состава плазмы, степени ее ионизации), лазерно-индуцированная флюоресценция (радиальное распределение плотности плазмы), СВЧ интерферометр (эволюция во времени линейной плотности плазмы), сеточный и электростатический анализаторы (локальная функция распределения ионов по энергиям), тензометрический тягомер (локальная плотность тяги, создаваемая двигателем тяга), угломер (локальный угол движения ионов плазменного потока, угол срыва плазменного потока с силовых линий магнитного поля), а также обсуждается возможность использования других диагностик.
Данный диагностический комплекс позволяет проводить необходимые исследования во всех трех областях магнитного сопла и может быть рассмотрен в качестве типового комплекса для исследования физических процессов в магнитном сопле БПРД.
Авторы
Брагин Е.Ю., Бунин Е.А., Казеев М.Н., Камин Д.В., Козлов В.Ф., Кутузов Д.С., Спицын А.В., Сухов А.Е., Шуровский Д.О., Янченков С.В., Жильцов В.А. НИЦ “Курчатовский институт”, Москва, Россия