Электротермический ракетный двигатель

Электротермический ракетный двигатель — тип электрического ракетного двигателя, характеризуется тем, что вначале электрическая энергия используется для нагрева рабочего тела (газа). Затем термическая энергия струи преобразуется в кинетическую энергию струи в со́пле. Обычно это сопло Лаваля, позволяющее ускорить газ до сверхзвуковых скоростей. Первая в мире действующая модель данного двигателя была получена в 1929 году газодинамической лабораторией Ленинградского Физико-технического института под руководством Глушко В. П.^[1]

Первая в мире действующая модель электрического термического ракетного двигателя созданная под руководством В. П. Глушко в 1929 году.

Краткие технические характеристики

Двигатели делятся по типу нагрева газа. Самый простой — электронагревный. В нём газ нагревается за счёт теплообмена с нагревательным элементом. Нагревательный элемент делается из электропроводящего материала, выдерживающего высокие термические нагрузки (графит, сплавы вольфрама, молибдена, рения). В электродуговом электрическом двигателе газ нагревается в электрической дуге постоянного или переменного тока.

Так как газ не может быть нагрет выше температуры нагревателя, наибольшую скорость истечения можно получить при той же температуре с газом малой молекулярной массы (водород, гелий). На практике использование водорода затруднено из-за сложности его хранения. Иногда используется аммиак или гидразин, которые хранятся в жидком виде. Также возможно использование азота и других химически инертных газов.

Максимальная скорость истечения в таких двигателях зависит от средней молекулярной массы истекающих газов, температуры и показателя адиабаты:

${\displaystyle w={\sqrt {{\frac {2k}{k-1}}{\frac {\ R_{u}T}{M}}}}}$

где ${\displaystyle w}$ — скорость истечения, ${\displaystyle k}$ — показатель адиабаты, ${\displaystyle R_{u}}$ — универсальная газовая постоянная, ${\displaystyle T}$ — температура, ${\displaystyle M}$ — молекулярная масса. Отсюда видно, что для достижения максимальной скорости нужно использовать газ с минимальной молекулярной массой (например, водород) и нагревать газ до высокой температуры. В электрической дуге газ можно нагреть до 15 000 К.