Устройство для измерения изменений тяги плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов

 

Использование: двигательные установки космических аппаратов. Сущность изобретения: устройство для измерения изменений тяги плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов содержит главный кольцевой канал ионизации и ускорения, по меньшей мере один полый катод, располагающийся снаружи по отношению к главному каналу за его выходной частью, один анод, средства подачи ионизируемого газа, связанные соответственно с полым катодом и с анодом, и средства создания магнитного поля. Устройство измерения содержит датчики магнитного потока 101 - 104, располагающиеся вокруг ускорительного канала, усилители 111 - 114, на входы которых подаются соответственно сигналы, выдаваемые датчиками магнитного потока 101 - 104 и суммирующий контур 115, входы которого соединены с выходами усилителей. 9 з.п.ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройствам для измерения изменений тяги плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов.

Электрические ракетные двигатели предназначены главным образом для использования на космических аппаратах в виде средств создания реактивной тяги. В качестве источников ионов или плазмы они могут быть использованы также и в земных условиях (в частности, для ионной обработки материалов). Благодаря высокому удельному импульсу (составляющему от 1500 до 6000 с) двигатели обеспечивают значительный выигрыш по весу на искусственных спутниках по сравнению с двигателями, использующими химическую тягу.

Ионнные тяговые устройства могут быть разделены на несколько категорий. Большинство таких устройств характеризуются отчетливо разделенными функциями ионизации и ускорения ионов.

Плазменные ракетные двигатели с замкнутым дрейфом электронов, называемые еще двигателями со стационарной плазмой или, как это практикуется в США, двигателями Холла, отличаются от других категорий тем, что процессы ионизации и ускорения не дифференцированы и что зона ускорения содержит одинаковое число ионов и электронов, что позволяет исключить явление пространственного заряда.

Обычные ионные двигатели развивают тягу F, величина которой может быть выведена аналитическим путем из величины ускоряющего напряжения V и интенсивности I потока ионов в соответствии со следующей формулой: F=a.k.I(M.v)^0,5 где a - коэффициент коррекции для расхождения пучка ионов; k - коэффициент пропорциональности; I - величина ионного тока; M - атомная масса ионизируемого элемента; v - величина ускоряющего напряжения.

Двигатели со стационарной плазмой характеризуются распределением энергии ионов, которое дополнительно зависит от режима функционирования, и в этом случае, таким образом, оказывается невозможным прибегнуть к использованию аналогичной аналитической формулы для определения их тяги.

Регулирование этих плазменных ракетных двигателей может осуществляется различными способами.

В соответствии с первым способом расход ионизируемого движущего газа (в данном случае - ксенона) определяется простыми калибровочными отверстиями. В этом случае двигатель не имеет никаких средств активного регулирования.

В соответствии с другим способом ток разряда или поток отбрасываемых ионов регулируется отрицательной обратной связью по расходу ксенона при помощи специального клапана или нагреваемого капилляра.

Этот второй способ является приблизительным, поскольку здесь регулируется ток разряда или поток отбрасываемых ионов данного двигателя, но не величина его тяги. Таким образом, нет никакой гарантии, что сила тяги будет строго пропорциональна этому регулируемому параметру (между прочим, отмечаются расхождения пропорциональности, достигающие ±10%).

Для измерения изменений тяги плазменного двигателя с замкнутым дрейфом электронов должно быть предусмотрено соответствующее устройство.

Из стали Л. Н. Арцимовича и др. "Разработка стационарного плазменного двигателя и его испытание на ИСЗ "Метеор", космические исследования, т. ХП в 3, 1974, с. 451 - 459 известно устройство для измерения изменений тяги плазменного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, содержащее главный кольцевой канал ионизации и ускорения, по меньшей мере один полый катод, располагающийся снаружи главного канала на выходе его, один анод, средства подачи ионизируемого газа, соединенные соответственно с полым катодом и анодом, средства создания магнитного поля и средства измерения изменений тяги плазменного двигателя.

Отсутствие функций измерения и регулирования тяги данного двигателя приводит к следующим недостаткам: в наземных условиях в процессе приемных испытаний двигателя приходится измерять величину тяги с помощью специальных весов, что представляет собой достаточно стеснительное обстоятельство; в полете, когда два плазменных двигателя функционируют одновременно, например, в широко расположенном устройстве коррекции Север-Юг геостационарных спутников, возможное рассогласование тяги этих двигателей может вызвать возмущение углового положения данного спутника, которое необходимо затем исправлять другими двигателями, тогда как устройство измерения и регулирования тяги позволило бы исключить это относительное возмущение;
в полете незнание величины импульса коррекции заставляет осуществлять регулярное слежение за траекторией полета спутника.

Задача изобретения - обеспечение возможности достаточно простого и эффективного измерения вариаций тяги плазменного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, обеспечение возможности достаточно простого определения величины тяги плазменного двигателя на основе измерений вариаций тяги, а также обеспечение активного регулирования тяги плазменного двигателя на основе измерения вариаций тяги этого двигателя.

Задача решается тем, что устройство для измерения изменений тяги плазменного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, содержащее главный кольцевой канал ионизации и ускорения, по меньшей мере один полый катод, располагающийся снаружи главного канала на выходе его, один анод. Средства подачи ионизируемого газа, соединенные соответственно с полым катодом и анодом, средства создания магнитного поля и средства измерения изменений тяги плазменного двигателя согласно изобретению содержат средства измерения в виде множества датчиков магнитного потока, расположенных вокруг ускорительного канала, а также множество усилителей, на входы которых подаются соответствующие сигналы, выдаваемые датчиками магнитного потока, суммирующий контур, входы которого соединены с выходами усилителей, а выход которого связан с контуром отрицательной обратной связи цепи управления регулировочным клапаном средств подачи ионизируемого газа.

Устройство согласно изобретению может содержит множество контуров уравновешивания, включенных между выходами усилителей и суммирующих контуром.

Устройство согласно изобретению может содержать кроме того средства калибровки контуров уравновешивания, включающие виток и позиционные регуляторы этого витка в ускорительном канале в соответствии с несколькими осевыми положениями.

Устройство согласно изобретению может содежать интегрирующий контур, подключенный к выходу суммирующего контура, а контур отрицательной обратной связи может содержать по меньшей мере один вход, на который поступает сигнал суммирующего контура, один вход, на который поступает сигнал интегрирующего контура, один вход, на который поступает заданная величина тяги, и один выход, воздействующий на регулировочный клапан.

Устройство согласно изобретению может создать множество аналого-цифровых преобразователей, располагающихся на соответствующих выходах усилителей, и мультиплексор, на входы которого поступают сигналы от аналого-цифровых преобразователей, а выход которого соединен с входом суммирующего контура.

В устройстве согласно изобретению датчики магнитного потока могут быть образованы катушки, расположенные вокруг ускорительного канала.

Устройство согласно изобретению может содержать несколько катушек, служащих датчиками магнитного потока, расположенными коаксиально по отношению к ускорительному каналу в различных радиальных плоскостях ускорительного канала.

В устройстве согласно изобретению по меньшей мере некоторые датчики магнитного потока могут быть образованы катушками постоянного тока, являющимися частью средства создания магнитного поля, причем эти датчики магнитного потока, образованные катушками постоянного тока могут быть соединены с соответствующими усилителями через фильтр, устраняющий постоянную составляющую.

В устройстве согласно изобретению контур отрицательной обратной связи может содержать запоминающее устройство для хранения заданной величины.

Устройство согласно изобретению может содержать массовый расходомер, связанный со средствами подачи ионизируемого газа и выдающий заданную величину тяги в контур отрицательной обратной связи.

Все другие существенные характеристики и не упомянутые выше преимущества предлагаемого изобретения следуют из приведенного ниже описания возможных способов его практической реализации и примера исполнения со ссылками на чертежи, на которых изображено:
фиг. 1 - схематически в осевом разрезе один из возможных примеров практической реализации плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, в котором может быть примерно устройство в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 2 - схематический вид в осевом разрезе плазменного ракетного двигателя в соответствии с фиг. 1, показывающей часть устройства для измерения изменений тяги в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 3A-3D - временные диаграммы, показывающие практический пример реального изменения тяги плазменного двигателя с замкнутым дрейфом электронов и соответствующие изменения других величин, связанных с тягой;
фиг. 4 - схематически основные элементы устройства для измерения изменений тяги плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 5 - схематически частичный вид одного из возможных вариантов практической реализации устройства для измерения изменений тяги плазменного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением, использующего, в частности, комбинированные усилители-интеграторы;
фиг. 6 - схематически частичный вид одного из возможных способов практической реализации устройства для измерения изменений тяги плазменного ракетного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением, в котором катушки создания магнитного поля, образующие часть данного плазменного ракетного двигателя, в то же время выполняют функцию датчиков магнитного потока в устройстве в соответствии с предлагаемым изобретением;
фиг. 7 - схематический вид устройства в соответствии с предлагаемым изобретением, в котором добавлен элемент калибровки сигналов, выдаваемых датчиками величины магнитного потока данного устройства;
фиг. 8 - блок-схема, показывающая применение данного устройства в соответствии с предлагаемым изобретением в контуре цифрового регулирования тяги данного плазменного ракетного двигателя;
фиг. 9 - блок-схема, показывающая применение устройства в соответствии с предлагаемым изобретением в аналоговом контуре регулирования тяги плазменного двигателя.

На фиг. 1 показан пример практической реализации плазменного двигателя 20 с замкнутым дрейфом электронов, который содержит совокупность деталей 22 из электроизоляционного материала, ограничивающих кольцевой канал 21. Этот кольцевой канал сформирован с его входной стороны первой частью, образованной буферной камерой 23, и с выходной стороны завершается второй частью, образованной ускорительным каналом 24.

В предпочтительном варианте практической реализации кольцевая камера 23 имеет размеры в радиальном направлении, которые примерно вдвое превышают размеры в радиальном направлении кольцевого ускорительного канала.

Анод 25, соединенный при помощи электрического проводника 43 с источником постоянного напряжения 44, которое может иметь величину, например, порядка 200 - 400 B, располагается на изолирующих деталях 22, ограничивающих кольцевой канал 21, в зоне выхода из буферной камеры 23 и на входе в ускорительную камеру или канал 24. Электрический проводник питания анода 25 размещен в трубке из электроизоляционного материала 45, которая проходит сквозь дно двигателя, образованное плитой 36. Эта донная плита 36 плазменного двигателя образует магнитный затвор. Упомянутая выше изоляционная трубка 45 проходит также сквозь детали 223 и 224, выполненные из электроизоляционного материала и ограничивающие буферную камеру 23.

Трубка 26 подачи в двигатель ионизируемого газа (в качестве такого газа может быть использован, например, ксенон) также проходит сквозь магнитный затвор 36 и дно 223 буферной камеры и открывается в кольцевой распределитель газа 27, размещенный в донной части буферной камеры 23.

Кольцевой канал 21, ограниченный совокупностью изолирующих деталей 22, располагается в магнитном контуре, образованном в основном тремя катушками 31, 32 и 33, а также полюсными деталями 34 и 35.

Наружная 34 и внутренняя 35 плоские полюсные детали располагаются в выходной плоскости двигателя снаружи по отношению к ускорительному каналу 24 и определяют ход силовых линий магнитного поля, которые в открытой выходной части ускорительного канала 24 проходят строго параллельно выходной плоскости 59 данного плазменного двигателя 20.

Магнитный контур, образованный полюсными деталями 34 и 35, замкнут центральным осевым сердечником 38 и стержнями связи 37, располагающимися по периметру двигателя, обычно имеющего цилиндрическую конфигурацию в целом, причем этот центральный сердечник 38, изготовленный из ферромагнитного материала, и стержни связи 37, также изготовленные из ферромагнитного материала, находится в контакте с задним затвором 36. Этот затвор 36, который изготовлен из ферромагнитного материала и образует дно данного плазменного двигателя, может быть защищен один или несколькими слоями 30 теплоизоляционного материала, который позволяет исключить излучение тепловой энергии к спутнику, на котором установлен данный двигатель.

Электроны, необходимые для нормального функционирования двигателя этого типа, поставляются полым катодом 40, который может иметь обычную в таких случаях конструкцию. Катод 40, который связан электрическим проводником 42 с отрицательным полюсом источника постоянного напряжения 44, содержит контур питания ионизируемым газом, в качестве которого может быть использован, например, ксенон, и располагается за выходной зоной ускорительного канала 24.

Полый катод 40 выдает плазму 29 строго опорного потенциала, откуда извлекаются электроны, направляющиеся в сторону анода 25 под действием электрического поля E, возникающего вследствие разности потенциала между анодом 25 и катодом 40.

Эти электроны имеют траекторию дрейфа по азимуту в ускорительном канале 24 под действием электрического поля E и магнитного поля B. Обычно напряженность поля на выходе ускорительного канала 24 составляет от 150 до 200 Ое.

Первичные электроны, разогнанные электростатическим полем E, ударяются затем об изоляционную стенку 22, в результате чего появляются вторичные электроны меньшей энергии.

Первичные и вторичные электроны сталкиваются с нейтральными атомами ксенона, исходящими из буферной камеры 23.

Образованные в результате этих столкновений ионы ксенона ускоряются электростатическим полем E в ускорительном канале 24. Из-за наличия свободных электронов в ускорительном канале 24 не образуется пространственный заряд. Нейтрализация пучка ионов обеспечивается частью электронов, исходящих из полого катода 40.

Формирование градиента радиального магнитного поля, обеспечиваемое благодаря специальному расположению катушек 31, 32 и 33, а также полюсных деталей 34 и 35, позволяет разделить функции ускорения ионов и функцию ионизации, осуществляемую в зоне, непосредственно прилегающей к аноду 25.

Варианты осуществления изобретения.

На фиг. 2 схематически показана часть одного из возможных вариантов практической реализации плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, изображенного схематически на фиг. 1.

На этой фиг. 2 стрелками показаны направления ионного тока Ii и электронного тока Ie на выходе ускорительного канала 24 плазменного двигателя, а стрелка F показывает направление тяги данного двигателя. Кроме того, стрелка 11 показывает азимутальный ток электронов Jpe, имеющий место в ускорительном канале 24.

Теоретически А. Морозовы, Зубковым и Демьяниковым было установлено, что азимутальный электронный ток Jpe пропорционален тяге F в плазменных ракетных двигателях с замкнутым дрейфом электронов.

В результате теоретических исследований упомянутых авторов была получена следующая формула:
F = α∫jpe Hz dv
или
F = αjpe∫(jpe/jpe)Hzdv,
где
α - - коэффициент пропорциональности;
v - точное напряжение ускорения;
Hz - параметр магнитного поля в ускорительном канале данного плазменного двигателя;
Jpe - азимутальный электронный ток в ускорительном канале;
jpe - плотность упомянутого выше азимутального тока.

Этот азимутальный электронный ток Jpe практически недоступен для непосредственного измерения.

Зато вариации или изменения этого азимутального электронного тока Jpe вызывают изменения магнитного потока в пространстве вокруг ускорительного канала плазменного двигателя. Именно поэтому устройство 100 измерения вариаций тяги в соответствии с предлагаемым изобретением содержит датчики магнитного потока 101, 102, 103 и 104, располагающиеся вокруг ускорительного канала 24.

В качестве примера можно сказать, что эти датчики величины магнитного потока 101, 102, 103 и 104 могут представлять собой катушки, соосные с упомянутым выше ускорительным каналом 24. При этом можно использовать, например, две пары катушек 101, 104 и 102, 103, одна из которых (пара катушек 101 и 104) располагается в непосредственной близости сечения 225 ускорительного канала 24, а другая пара катушек (102 и 103) располагается в непосредственной близости от анода 25 в той части ускорительного канала 24, которая наиболее близка к буферной камере 23. Другие пары подобных катушек также могут быть расположены в промежуточных сечениях по отношению к тем сечениям, в которых располагаются пары катушек 101, 104 и 102, 103. Каждая пара катушек 101, 104 и 102, 103 содержит одну катушку 101 и 102, располагающуюся в наружной периферийной части по отношению к кольцевому ускорительному каналу 24, и одну катушку 103, 104, располагающуюся в центральной внутренней части по отношению к этому ускорительному каналу 24.

На фиг. 2 представлены также магнитные силовые линии Bp, связанные с азимутальным электронным током Jpe. Изменения магнитного потока dф/dt, вызванные изменениями азимутального электронного тока Jpe, выражаются в изменениях интенсивности индуцированного тока в катушках 101, 102, 103, 104.

Катушки 101, 102, 103 и 104 соединены с соответствующими входами усилителей 111, 112, 113 и 114, выходы которых соединены посредством контуров уравновешивания 121, 122, 123 и 124 с входами суммирующего контура 115 (фиг. 4).

Каждый контур уравновешивания 121, 122, 123 и 124 осуществляет уравновешивание сигнала, выдаваемого усилителем 111, 112, 113 и 114, при помощи соответствующего коэффициента, определяемого при помощи калибровки.

Для числа n-катушек или других датчиков величины магнитного потока 101, 102, 103 и 104 способ калибровки может состоять в использовании витка 170, помещенного в некоторое первое положение по оси Z ускорительного канала 24 коаксиально к этому каналу. Через этот виток 170 пропускается ток калибровки Ipe, имитирующий азимутальный электронный ток Jpe. При этом производится измерение выходных сигналов на всех n-катушках 101, 102, 103 и 104. Затем эта порция повторяется для другого положения витка 170 по отношению к оси Z ускорительного канала 24. Такая операция должна быть выполнена k раз для k различных положений витка 170 относительно оси Z ускорительного начала, причем число k должно быть больше или равно числу n-катушек 101, 102, 103 и 104. На фиг. 7 пунктиром показано первое положение 171 и k-ое положение 172 упомянутого выше витка 170.

В результате выполненных таким образом измерений можно получить матрицу калибровки с размерами n-k, дающую соответствие между выходными сигналами S₁, S₂, ...,S_n датчиков 101, 102, 103, 104 и силой тока калибровки 1c1, 1c2 ...1cn в виде

Эта матрица позволяет установить коэффициенты чувствительности по сигналу S_i для каждой катушки 101, 102, 103 и 104 в контурах уравновешивания 121, 122, 123, 124 после усиления, но перед подачей сигналов в контур сумматора 115.

В соответствии с одним из возможных способов практической реализации предлагаемого изобретения, представленным на фиг. 5, датчики изменения магнитного потока, например катушка 101, соединены с усилителями-интеграторами 150. В этом случае интегрированный сигнал, поступающий с этого усилителя-интегратора, пропорционален силе индуцированного тока, т.е. пропорционален локальному изменению магнитного потока.

Закон, связывающий интегрированный сигнал каждой катушки, например 101, с интегралом интенсивности азимутального электронного тока в ускорительном канале, т. е. с величиной тяги данного двигателя, может быть выведен при помощи описанного выше метода калибровки. Выходной сигнал суммирующего контура 115 (фиг. 4), характеризует таким образом, тягу F данного двигателя в соответствии с формулой
,
где
a - коэффициент пропорциональности;
m_j - коэффициент уравновешивания, учитывающий магнитное поле H_z в точке j ускорительного канала;
s_j - выходной сигнал датчика i.

Упомянутый выше усилитель-интегратор 150 может быть выполнен достаточно простым образом. На фиг. 5 представлен усилитель-интегратор 150, построенный на основе усилителя 111, связанного с катушкой 101. Резисторы 151 и 152 включены между каждым из входов усилителя 111, связанных с концевыми катушками 101, и массой. Конденсатор 153 включен между выходом усилителя 111 и одним из его входов. Нажимной контакт 154 приведения схемы в исходное состояние установлен параллельно конденсатору 153. Само собой разумеется, что в случае установки данного плазменного двигателя на спутнике показанная на фиг 5. кнопка обнуления должна быть заменена на реле или транзистор, управляемые бортовой логической схемой.

Функция ингрегрирования, предназначенная для обеспечения возможности воссоздания выходного сигнала, пропорционального самой тяге, а не ее изменениям, может быть реализована также на выходе суммирующего контура 115, например, в цифровой форме, как это будет описано ниже со ссылками на фиг. 8.

Теперь со ссылками на фиг. 6 будет описан специальный способ практической реализации предлагаемого изобретения, дающий возможность получить устройство, применимое к плазменному двигателю с замкнутым дрейфом электронов, описанному в заявке на французский патент N 9208744, поданной 15 июля 1992 г.

В этом специальном патенте катушки 31, 32 и 33 (фиг. 1), обеспечивающие создание магнитного поля, могут сами служить датчиками, когда они запитаны постоянным током от контура 161 питания, обеспечивающего постоянную силу тока (фиг. 6). Однако в этом случае с катушкой, например с катушкой 31, которая должна одновременно служить и средством создания магнитного поля в ускорительном канале 24 и датчиком магнитного потока, должен быть связан специальный контур адаптации или согласования 160. Этот контур адаптации 160 содержит фильтр 163, состоящий из конденсатора связи между концом катушки 31 и входом усилителя 111, для того, чтобы исключить постоянную составляющую на входе усилителя 111. Резистор 162 включен между контуром питания с постоянной силой тока 161 и одним из концов катушки 31 для того, чтобы контролировать силу постоянного тока, подаваемого в катушку 31.

На фиг. 3A в качестве примера показана диаграмма изменений тяги F плазменного двигателя с замкнутым дрейфом электронов в функции времени. Здесь кривая 201 представляет восходящий фронт 211, треугольное по форме возмущение 212, возмущение синусоидальной формы 213, располагающиеся на участке кривой 201 в виде плато, и нисходящий фронт 214.

На фиг. 3B показана форма кривой 205, соответствующей изменению интенсивности азимутального электронного тока Jpe для картины изменений тяги F, представленной на фиг. 3A. Здесь следует отметить соответствие формы зон 251, 252, 253 и 254 кривой 205 аналогичным зонам 211, 212, 213, 214 на кривой 201, характеризующей тягу двигателя.

На фиг. 3C показана форма кривой 203, характеризующей сигналы s_i, выдаваемые датчиками 101, 102, 103 и 104 изменений магнитного потока в соответствии с изменениями тяги данного двигателя F, представленной на фиг. 3A. Здесь следует отметить, что участки 231, 232, 233 и 234 кривой 203 хорошо согласуются с производной кривой 201, показанной на фиг. 3A, и позволяют выявить зоны изменения 211, 212, 213 и 214 амплитуды кривой 201, характеризующей величину тяги данного двигателя.

На фиг. 3D показано воссоздание кривой 204 путем интегрирования сигнала, представленного кривой 203 на фиг. 3C. Здесь видно, что воссозданная таким образом кривая хорошо согласуется с кривой 201, показанной на фиг. 3A и характеризующей фактическое изменение тяги двигателя.

Сигналы, получаемые от катушек 101, 102, 103 и 104 устройства детектирования магнитного потока в ускорительном канале данного двигателя, могут быть использованы несколькими отличающимися друг от друга способами.

В соответствии с первым возможным вариантом применения эти сигналы используют после интегрирования с тем, чтобы обеспечить получение в конечном счете сигнала, однозначно характеризующего тягу данного двигателя, и корректировать с его помощью эту тягу в случае необходимости в контуре регулирования путем воздействия на величину расхода ионизируемого газа, используемого в качестве рабочего тела в данном двигателе. Этот тип применения получаемых сигналов особенно полезен в процессе запуска плазменного ракетного двигателя описанного выше типа.

Интегрирующий контур устройства в соответствии с предлагаемым изобретение может быть аналогового типа и может быть скомбинирован с усилительными контурами 111, 112, 113 и 114 так, как было описано выше со ссылками на фиг. 5. Интегрирующий контур может также быть помещен на выходе суммирующего контура 115 и может быть выполнен отдельно от усилителей 111, 112, 113 и 114. Однако иногда интегрирующий контур аналогового типа может быть подвержен дрейфу, поэтому в некоторых случаях может оказаться предпочтительным вариант использования интегрирующего контура цифрового типа, как это будет описано ниже со ссылками на фиг. 8.

На фиг. 8 представлена схема одного из возможных вариантов практической реализации цифрового контура регулирования, в котором катушки, как, например, катушка 101, соединены посредством низкочастотных фильтров 181a - 181n с выходами усилителей 182a - 181n, выходы которых, в свою очередь, подключены к входам аналого-цифровых преобразователей 183a - 183n. Выходы этих аналого-цифровых преобразователей 183a - 183n связаны с устройством уплотнения линий связи или мультиплексором 184, управляемым тактовым генератором 185. Выход мультиплектора 184 подключен к суммирующему контуру 186, который выдает сигнал в цифровой форме, определенным образом характеризующий изменения тяги данного двигателя, на вход компаратора 190. Цифровой интегрирующий контур 188 подключен к выходу суммирующего контура 187 для обеспечения возможности выдачи в компаратор 190 профиля тяги F. Интегрирующий контур 188, в котором предусмотрен специальный вход установки на ноль, обеспечивает запоминание интегрированной величины. Контур 189 в то же время выдает в компаратор 190 заданное значение тяги. Сигнал на выходе компаратора 190 используется для управления регулировочным клапаном 191, установленным в контуре подачи в данный плазменный двигатель ионизируемого газа, представляющего собой рабочее тело.

На фиг. 9 схематически показан другой пример практического применения устройства детектирования в соответствии с предлагаемым изобретением. В этом случае непосредственно используются сигналы, выдаваемые упомянутым выше катушками, например, катушками 101, 102, 103 и 104, после их усиления и суммирования, но без выполнения интегрирования. Таким образом, сигналы, представляющие собой производную тяги и показанные на фиг. 3C, применяются для формирования цепи отрицательной обратной связи, предназначенной для регулирования величины расхода подаваемого в данный двигатель ионизируемого газа и обеспечения за счет этого поддерживания величины тяги на постоянном уровне.

Таким образом, на схеме фиг. 9 можно видеть датчики (представлены катушкой 101, которые через низкочастотные фильтры 181a, 181n подключены к входам усилителей 182a - 182n. Выходы этих усилителей соединены через контура согласования уровня 193a-193n, которые могут соответствовать контурам 121, 122, 123, 124 на фиг. 4, с суммирующими контурами 194 и 195. Выход суммирующих контуров соединен с компаратором 196, на который подается также опорный сигнал, выдаваемый массовым расходомером 197, установленным в магистрали питания данного плазменного двигателя ионизируемым газом, представляющим собой рабочее тело. Сигнал с выхода упомянутого выше компаратора 196 используется для управления регулировочным клапаном 191, также установленным в магистрали питания данного двигателя ионизируемым газом.

Устройство для измерения производной от величины тяги данного плазменного двигателя с замкнутым дрейфером электронов в соответствии с предлагаемым изобретением, а также косвенного измерения путем интегрирования собственно величины самой тяги, предоставляет следующие преимущества:
- в наземных условиях при выполнении приемочных испытаний электрическое измерение тяги при помощи данного устройства оказывается более простым, чем измерения с использованием механических весов для измерения тяги;
- предлагаемое устройство позволяет упростить орбитальное управление геостационарным спутником. Действительно, благодаря этому устройству появляется возможность выдавать строго калиброванные корректирующие импульсы, зная время функционирования двигателя и развиваемую им тягу, таким образом, чтобы сократить частоту выполнения операций контроля параметров орбиты данного спутника;
- предлагаемое устройство способствует уравновешиванию углового положения спутника, выравнивая величины тяги двух двигателей, работающих в одном направлении;
- предлагаемое устройство измерения и регулирования тяги позволяет исключить возможный разбаланс тяги двух одновременно работающих двигателей, что позволяет избавиться от создаваемого таким разбалансом возмущения положения спутника, и, наоборот, для собственных нужд данного спутника с использованием предлагаемого устройства можно по желанию создавать необходимый разбаланс тяги двух двигателей, вызывающий появление соответствующего крутящего момента с известными характеристиками;
- возможность непосредственного регулирования тяги при использовании предлагаемого устройства позволяет осуществлять активное управление величиной аэродинамического сопротивления для спутников, работающих на низких орбитах.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения изменений тяги плазменного ракетного двигателя с замкнутым дрейфом электронов, содержащее главный кольцевой канал ионизации и ускорения, по меньшей мере один полый катод, располагающийся снаружи главного канала на выходе его, один анод, средства подачи ионизируемого газа, соединенные соответственно с полым катодом и анодом, средства создания магнитного поля и средства для измерений тяги плазменного двигателя, отличающееся тем, что содержит средства измерения в виде множества датчиков магнитного потока, расположенных вокруг ускорительного канала, а также множество усилителей, на входы которых подаются соответствующие сигналы, выдаваемые датчиками магнитного потока, суммирующий контур, входы которого соединены с выходами усилителей, а выход которого связан с контуром отрицательной обратной связи цепи управления регулировочным клапаном средств подачи ионизируемого газа.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит множество контуров уравновешивания, включенных между выходами усилителей и суммирующим контуром.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что оно содержит средства калибровки контуров уравновешивания, включающие виток и позиционные регуляторы этого витка в ускорительном канале в соответствии с несколькими осевыми положениями.

4. Устройство по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оно содержит интегрирующий контур, подключенный к выходу суммирующего контура, и тем, что контур отрицательной обратной связи содержит по меньшей мере один вход, на который поступает сигнал суммирующего контура, один вход, на который поступает сигнал интегрирующего контура, один вход, на который поступает заданная величина тяги, и один выход, воздействующий на регулировочный клапан.

5. Устройство по пп.1 - 4, отличающееся тем, что содержит множество аналого-цифровых преобразователей, располагающихся на соответствующих выходах усилителей, и мультиплексор, на входы которого поступают сигналы от аналого-цифровых преобразователей, а выход которого соединен с входом суммирующего контура.

6. Устройство по пп.1 - 5, отличающееся тем, что датчики магнитного потока образованы катушками, расположенными вокруг ускорительного канала.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что содержит несколько катушек, служащих датчиками магнитного потока, расположенных коаксиально по отношению к ускорительному каналу в различных радиальных плоскостях ускорительного канала.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что по меньшей мере некоторые датчики магнитного потока образованы катушками постоянного тока, являющимися частью средств создания магнитного поля, и тем, что эти датчики магнитного потока, образованные катушками постоянного тока, соединены с соответствующими усилителями через фильтр, устраняющий постоянную составляющую.

9. Устройство по пп.1 - 8, отличающееся тем, что контур отрицательной обратной связи содержит запоминающее устройство для хранения заданной величины.

10. Устройство по пп.1 - 8, отличающееся тем, что содержит массовый расходомер, связанный со средствами подачи ионизируемого газа и выдающий заданную величину тяги в контур отрицательной обратной связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9