Rocket and Spacecraft Propulsion
Principles, Practice and New Developments (Third Edition)

by Martin J. L. Turner

第六章 电推进 目录

6 Electric propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1 The importance of exhaust velocity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Revived interest in electric propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.3 Principles of electric propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
6.3.1 Electric vehicle performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.3.2 Vehicle velocity as a function of exhaust velocity . . . . . 169
6.3.3 Vehicle velocity and structural/propellant mass . . . . . . . 170
6.4 Electric thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
6.4.1 Electrothermal thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
6.4.2 Arc-jet thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
6.5 Electromagnetic thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.5.1 Ion propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.5.2 The space charge limit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
6.5.3 Electric field and potential . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
6.5.4 Ion thrust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
6.5.5 Propellant choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.5.6 Deceleration grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.5.7 Electrical efficiency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
6.6 Plasma thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
6.6.1 Hall effect thrusters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
6.6.2 Radiofrequency thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
6.7 Low-power electric thrusters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.8 Electrical power generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.8.1 Solar cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
6.8.2 Solar generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201
6.8.3 Radioactive thermal generators . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.8.4 Nuclear fission power generators . . . . . . . . . . . . . . . . 204
6.9 Applications of electric propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.9.1 Station keeping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.9.2 Low Earth orbit to geostationary orbit . . . . . . . . . . . . 210
6.9.3 Nine-month one-way mission to Mars. . . . . . . . . . . . . 211
6.9.4 Gravity loss and thrust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
6.10 Worked Example. . . . 213
6.11 Deep Space 1 and the NSTAR ion engine . . . . . . . . . . . . . . . 215
6.12 SMART 1 and the PPS-1350 . 217

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