avroenОмский научный вестник. Серия "Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение"Omsk Scientific Bulletin. Series Aviation-Rocket and Power Engineering2588-03732587-764XОмский государственный технический университет10.25206/2588-0373-2025-9-3-92-100TUYNLKavroen-104Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION AND ROCKET-SPACE ENGINEERINGИсследования мощности высокочастотных потерь в тороидальном резонаторе прототипа высокочастотного ионного двигателяStudies of the power of high-frequency losses in the toroidal resonator of a prototype of the high-frequency ion thrusterВавиловИ. С.VavilovI. S.

ВАВИЛОВ Игорь Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (РИНЦ): 518332

AuthorID (SCOPUS): 56610211900

ResearcherID: B-2634-2014

VAVILOV Igor Sergeevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (RCSI): 518332

AuthorID (SCOPUS): 56610211900

ResearcherID: B-2634-2014

vava-igg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4966-1788ЖариковК. И.ZharikovK. I.

ЖАРИКОВ Константин Игоревич, кандидат техни­ческих наук, доцент кафедры «Авиа- и ракетостро­ение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (SCOPUS): 57192074889

ResearcherID: E-9087-2014

ZHARIKOV Konstantin Igorevich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (SCOPUS): 57192074889

ResearcherID: E-9087-2014

https://orcid.org/0000-0003-3483-4321ЯчменевП. С.YachmenevP. S.

ЯЧМЕНЕВ Павел Сергеевич, ассистент, аспирант кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (SCOPUS): 57193405041

ResearcherID: P-5381-2016

YACHMENEV Pavel Sergeevich, Assistant, Postgraduate of the Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (SCOPUS): 57193405041

ResearcherID: P-5381-2016

yachmenev-pavel@mail.ruКузьменкоИ. А.KuzmenkoI. A.

КУЗЬМЕНКО Ирина Анатольевна, старший пре­подаватель кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

AuthorID (SCOPUS): 686832

KUZMENKO Irina Anatolievna, Senior Lecturer of the Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

AuthorID (SCOPUS): 686832

kia55@inbox.ruВолодьковИ. В.Volod’kovI. V.

ВОЛОДЬКОВ Илья Владиславович, магистрант группы РКм-231 кафедры «Авиа- и ракетостроение»

644050, г. Омск, пр. Мира, 11

VOLOD’KOV Ilya Vladislavovich, Master’s Student of the РКм-231 group of the Aircraft and Rocket Building Department

Omsk, Mira Ave., 11, 644050

Омский государственный технический университетРоссияOmsk State Technical UniversityRussian Federation2025300920259392100Copyright © Вавилов И.С., Жариков К.И., Ячменев П.С., Кузьменко И.А., Володьков И.В., 20252025Вавилов И.С., Жариков К.И., Ячменев П.С., Кузьменко И.А., Володьков И.В.Vavilov I.S., Zharikov K.I., Yachmenev P.S., Kuzmenko I.A., Volod’kov I.V.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ariem.omgtu.ru/jour/article/view/104

Авторы представляют прототип ускорительного микродвигателя для малого космического аппарата с максимальным энергопотреблением 5 Вт. Показана конструкция и описаны основные конструк­тивные элементы. Более того, в работе представлены вакуумные калориметрические исследования мощности высокочастотных потерь в объёме тороидального резонатора при различных рабочих те­лах: воздух, гелий, углекислый газ, азот, аргон и пары воды. Благодаря совместному с калориме­трическими исследованиями замеру основных частот автогенератора были получены электрические ёмкости колебательного контура. При энергопотреблении прототипа 4–4,8 Вт расчётные величины ускоряющих переменных напряжений составили 199,65–287,9 В для различных газов. Расчётные мощ­ности высокочастотных потерь составили 0,088–0,183 Вт, что составляет не более 4 % от общей по­требляемой мощности.

The authors present a prototype of an accelerator micro thruster for a small spacecraft with a maximum power consumption of 5 W. The design is demonstrated and the main structural elements are described. Moreover, the paper also presents vacuum calorimetric studies of the power of high-frequency losses in the volume of a toroidal resonator for various working fields: air, helium, carbon dioxide, nitrogen, argon and water vapor. Due to the joint measurement of the main frequencies of the oscillator with calorimetric studies, the electrical capacitances of the oscillating circuit are obtained. With prototype 4–4.8 power consumption the calculated values of accelerating alternating voltages are 199.65–287.9 V for various gases. The measured power of high-frequency losses is 0.088–0.183 W, which is no more than 4 % of the total power consumption.

мощность высокочастотных потерьплазмамалый космический аппаратазотаргонускоряющее напряжениетермопараэлектрическая ёмкость.power of high-frequency lossesplasmasmall spacecraftnitrogenargonaccelerating voltagethermocoupleelectrical capacity.ReferencesВавилов И. С., Ячменев П. С., Федянин В. В. [и др.]. Экспериментальные исследования прототипа ионного двига­теля времяпролетным методом // Динамика систем, механиз­мов и машин. 2023. Т. 11, № 2. С. 30–36. DOI: 10.25206/2310-9793-2023-11-2-30-36. EDN: KFJUEQ.Vavilov I. S., Yachmenev P. S., Fedyanin V. V. [et al.]. Eksperimental'nye issledovaniya prototipa ionnogo dvigatelya vremyaproletnym metodom [Experimental study of ion thruster by time-of-flight method]. Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2023. Vol. 11, no. 2. P. 30–36. DOI: 10.25206/2310-9793-2023-11-2-30-36. EDN: KFJUEQ. (In Russ.).Jarrige J., Elias P. Q., Packan D. [et al.]. Characterization of a coaxial ECR plasma thruster. 44th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference. 2013. P. 1–9. DOI: 10.2514/6.2013-2628.Jarrige J., Elias P. Q., Packan D. [et al.]. Characterization of a coaxial ECR plasma thruster. 44th AIAA Plasmadynamics and Lasers Conference. 2013. P. 1–9. DOI: 10.2514/6.2013-2628.Vialis T., Jarrige J., Aanesland A. [et al.]. Direct thrust measurement of an electron cyclotron resonance plasma thruster. Journal of Propulsion and Power. 2018. Vol. 34, no. 5. P. 1–11. DOI: 10.2514/1.B37036.Vialis T., Jarrige J., Aanesland A. [et al.]. Direct thrust measurement of an electron cyclotron resonance plasma thruster. Journal of Propulsion and Power. 2018. Vol. 34, no. 5. P. 1–11. DOI: 10.2514/1.B37036.Charles C. Plasmas for spacecraft propulsion. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. Vol. 42, no. 16. P. 163001. DOI: 10.1088/0022-3727/42/16/163001.Charles C. Plasmas for spacecraft propulsion. Journal of Physics D: Applied Physics. 2009. Vol. 42, no. 16. P. 163001. DOI: 10.1088/0022-3727/42/16/163001.Squire J., Olsen C., Cassady L. [et al.]. Improved efficiency and throttling range of the VX-200 magnetoplasma thruster. Journal of Propulsion and Power. 2014. Vol. 30. P. 123–132. DOI: 10.2514/1.B34801.Squire J., Olsen C., Cassady L. [et al.]. Improved efficiency and throttling range of the VX-200 magnetoplasma thruster. Journal of Propulsion and Power. 2014. Vol. 30. P. 123–132. DOI: 10.2514/1.B34801.Squire J., Carter M., Diaz F. [et al.]. VASIMR® spaceflight engine system mass study and scaling with power. The 33st International Electric Propulsion Conference. USA, 2013.Squire J., Carter M., Diaz F. [et al.]. VASIMR® spaceflight engine system mass study and scaling with power. The 33st International Electric Propulsion Conference. USA, 2013.Chen F. F. Physics of helicon discharges. Physics of Plasmas — PHYS PLASMAS. 1996. Vol. 3, no. 5. P. 1783–1793. DOI: 10.1063/1.871697.Chen F. F. Physics of helicon discharges. Physics of Plasmas — PHYS PLASMAS. 1996. Vol. 3, no. 5. P. 1783–1793. DOI: 10.1063/1.871697.Geller R. Electron cyclotron resonance ion sources and ECR plasmas. Routledge, 1996. 434 p. ISBN 9780203758663. DOI: 10.1201/9780203758663.Geller R. Electron cyclotron resonance ion sources and ECR plasmas. Routledge, 1996. 434 p. ISBN 9780203758663. DOI: 10.1201/9780203758663.Вавилов И. С., Ячменев П. С., Федянин В. В. [и др.]. Определение мощности СВЧ/ВЧ-потерь в тороидальном ре­ зонаторе ускорительного ионного двигателя по его спектру частот // Динамика систем, механизмов и машин. 2023. Т. 11, № 2. С. 21–29. DOI: 10.25206/2310-9793-2023-11-2-21-29. EDN: PTANKK.Vavilov I. S., Yachmenev P. S., Fedyanin V. V. [et al.]. Opredeleniye moshchnosti SVCh/VCh-poter’ v toroidal’nom rezonatore uskoritel’nogo ionnogo dvigatelya po ego spektru chastot [Determination of the power of the microwave/HF losses in the toroidal resonator of the accelerator ion thruster by its frequency spectrum]. Dinamika sistem, mekhanizmov i mashin. Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines. 2023. Vol. 11, no. 2. P. 21–29. DOI: 10.25206/2310-9793-2023-11-2-21-29. EDN: PTANKK. (In Russ.).Орлов С. И. Расчёт и конструирование коаксиальных резонаторов. Москва: Советское радио, 1970. 256 с.Orlov S. I. Raschet i konstruirovaniye koaksial’nykh rezonatorov [Calculation and construction of coaxial resonators]. Moscow, 1970. 256 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.