РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ
DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.02.069 Metal plasma vacuum-arc thrusters attract increased attention due to their design simplicity, easy scalability, and stable, reliable operation. The goal of this work is to develop and characterize an electric metal plasma vacuum-arc thruster with a long s...
Збережено в:
| Дата: | 2026 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
текст 3
2026
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/192 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Mechanics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Mechanics| _version_ | 1870650011143897088 |
|---|---|
| author | SPIRIN, Ye. V. |
| author_facet | SPIRIN, Ye. V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Ye. V. SPIRIN",
"institution": "https:\/\/orcid.org\/0009-0001-2278-0226 M. K. Yangel Pivdenne State Design Office, 3 Kryvorizka St., Dnipro 49008, Ukraine; e-mail:spiegodn@gmail.com"
}
] |
| author_sort | SPIRIN, Ye. V. |
| baseUrl_str | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-13T20:32:47Z |
| description | DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.02.069
Metal plasma vacuum-arc thrusters attract increased attention due to their design simplicity, easy scalability, and stable, reliable operation.
The goal of this work is to develop and characterize an electric metal plasma vacuum-arc thruster with a long service life.
Research methods: a bibliographic analysis of the scientific and technical literature, a gravimetric thrust measurement method, and measurement of electrical characteristics.
The article presents the results of development and characterization of a metal plasma vacuum-arc thruster with a disk cathode made of aluminum alloy 5056 (analog of AMG6 alloy). The metal plasma thruster is a new class of electric propulsion systems in which the cathode metal is converted into plasma using an electric dischargeб, and the accelerated flow of the metal plasma produces jet thrust. Compared with known designs of metal plasma vacuum-arc thrusters, the thruster developed has a significant cathode mass (805 g) with a working surface area of 298 cm2. The thruster has a special magnetic system to control cathode spot motion over the working surface of the cathode. Cathode spot motion was studied at different magnetic field magnitudes and configurations, and the thrust was determined at different values of the discharge current and compared with that of existing metal plasma vacuum-arc thrusters.
The scientific novelty of the work lies in that the electric vacuum-arc thruster developed is the first to use the controlled motion of cathode spots in order to ensure uniform erosion of the cathode material and extend the service life. A disk cathode and cathode spot motion control by the magnetic field of a solenoid and a permanent magnet are a novelty too.
The practical value of the work lies in recommendations on the engineering design of electric metal plasma thrusters and in the results of characterization of an electric thruster with a disk cathode.
The article is intended for experts in rocket propulsion engineering.
REFERENCES
1. O'Reilly D., Herdrich G., Kavanagh D.F. Electric propulsion methods for small satellites: a review. Aerospace. 2021. V. 8. No. 1. Art. 22. https://doi.org/10.3390/aerospace8010022
2. Kolbeck J., Anders A., Beilis II, Keidar M. Micro-propulsion based on vacuum arcs. J. Appl. Phys. 2019. V.125. Iss. 22. Art. 220902. https://doi.org/10.1063/1.5081096
3. Pietzka M. Development and Characterization of a Propulsion System for CubeSats Based on Vacuum Arc Thrusters. Ph.D. Thesis, University of the Bundeswehr Munich, Munich, Germany, 2016. 177 pp.
4. Polk J. E., Sekerak M. J., Ziemer J. K., Schein J., Anders A. A Theoretical analysis of vacuum arc thruster and vacuum arc ion thruster performance. IEEE Trans. Plasma Sci. 2008. V. 36. No. 5, Pp. 2167-2179.https://doi.org/10.1109/TPS.2008.2004374
5. Krishnan M., Velas K., Leemans S. Metal plasma thruster for small satellites. AIAA Journal. 2020. V. 36. No. 4. Pp. 535-539. https://doi.org/10.2514/1.B37603
6. Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. New York: Springer Science Business Media, 2008. 540 pp. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1
7. Lun J. Performance Improvement of Vacuum Arc Thrusters. A thesis submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. 2015. 270 pp.
8. Marvin Kühn M., Schein J. Development of a high-reliability vacuum arc thruster system. Journal of Propulsion and Power. 2022. V. 38. No 5. Pp. 752-758. https://doi.org/10.2514/1.B38202
9. Duppada G. S., Taploo A., Spinelli J., Keidar M. Toward achieving longevity of micro cathode thrusters. J. Appl. Phys. 2025. Vol. 138. No. 2. Art. 023302.https://doi.org/10.1063/5.0273158
10. Schein J., Qi N., Binder R., Krishnan M., Ziemer J. K., Polk J. E., Anders A. Inductive energy storage driven vacuum arc thruster. Review of Scientific Instruments. 2022. V. 73. No. 2. Pp. 925-927.https://doi.org/10.1063/1.1428784
11. Spirin Ye. V., Nadtoka V. M. Electric thrusters utilizing metal plasma. Space Technology. Missile Armaments. 2025. Iss. 2. Pp.24-34. (In Ukrainian). https://doi.org/10.33136/stma2025.02.024
12. Frankovich, J. K., Krishnan, M., Mackey, J. et al. Qualification of a pulsed, millinewton class metal plasma thruster for broad mission applications. J. Electr. Propuls. 2025. Vol. 4. Art. 65.https://doi.org/10.1007/s44205-025-00139-9
13. Frankovich K., Krishnan M. Metal plasma thruster (MPT): from garage to orbit in 4 years. 3AF Space Propulsion Conference in Glasgow, Scotland, 20 - 23 May 2024
14. Krishnan M, Frankovich J. K., Mackey J. Impulse bit measurements from metal plasma thruster. Journal of Propulsion and Power. 2021. V. 37. No. 4. Pp. 577-583. https://doi.org/10.2514/1.B38191
15. Sethuraman S. K., Barrault М. R. Study of the motion of vacuum arcs in high magnetic field. Journal of Nuclear Materials. 1980. V. 93-94. Pp. 791-798. https://doi.org/10.1016/0022-3115(80)90209-3
16. Dukhopelnikov D.V., Kirillov D.V., Ryazanov V.A., Naing Kyaw Win. Optimization of the cathode spot trajectory to improve the uniformity of cathode production in a vacuum arc evaporator. Engineering Journal: Science and Innovation. 2013. V. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/plasma/1042.html (Last accessed on November19, 2013).
17. Spirin Ye. V. Electroreactive low-thrust jet engine with electric arc discharge. XXV International Conference "Man and Space": Abstracts of the XXV International Youth Scientific and Practical Conference "Man and Space", Dnipro, April 12-14, 2023. Dnipro: National Center for Aerospace Education of Youth named after O.M. Makarov, 2023. Pp. 50-51. (In Ukrainian).
18. Spirin Ye., Nadtoka V. Research of the magnetic field of an electric arc jet engine on metal plasma. Journal of Rocket-Space Technology. 2024. V. 33. No. 4-28. Pp. 45-48. (In Ukrainian).
|
| first_indexed | 2026-07-03T01:01:02Z |
| format | Article |
| fulltext |
69
УДК 629.7.036 https://doi.org/10.15407/itm2026.02.069
Є. В. СПІРІН, https://orcid.org/0009-0001-2278-0226
РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО
РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ
Державне підприємство «Конструкторське бюро «Південне» ім. М. К. Янгеля,
вул. Криворізька, 3, 49008, Дніпро, Україна; e-mail:spiegodn@gmail.com
Вакуумно-дугові реактивні двигуни на металевій плазмі привертають до себе підвищену увагу через
простоту їхньої конструкції, легку масштабованість і стійку, надійну роботу.
Метою статті є розробка електричного вакуумно-дугового двигуна на металевій плазмі з високим ре-
сурсом роботи, а також дослідження його характеристик.
Методи дослідження: бібліографічний аналіз науково-технічної літератури, гравіметричний метод
вимірювання тяги, вимірювання електричних характеристик.
У статті наведено результати розробки та дослідження вакуумно-дугового реактивного двигуна на
металевій плазмі з дисковим катодом з алюмінієвого сплаву 5056 (аналог сплаву АмГ6). Реактивний дви-
гун на металевій плазмі – це новий клас електричних рушійних установок, у яких метал переводиться в
плазмовий стан за допомогою електричного розряду, і прискорений потік металевої плазми створює реак-
тивну тягу. Порівняно з відомими конструкціями вакуумно-дугових реактивних двигунів на металевій
плазмі розроблений двигун має значну масу катода (805 г) при площі його робочої поверхні 298 см2.. Дви-
гун має спеціальну магнітну систему для керування переміщенням катодних плям розряду по робочій
поверхні катода. Досліджено характер переміщення катодних плям при зміні величини та конфігурації
магнітного поля, визначено величину реактивної тяги двигуна при різних величинах розрядного струму.
Проведено порівняння величини реактивної тяги розробленого двигуна з величиною тяги відомих конс-
трукцій вакуумно-дугових реактивних двигунів на металевій плазмі.
Наукова новизна результатів, отриманих автором, полягає в тому, що вперше в конструкції електри-
чних вакуумно-дугових реактивних двигунів використано примусове переміщення катодних плям по по-
верхні катода для забезпечення рівномірної ерозії матеріалу катода та підвищення ресурсу роботи двигу-
на. Також вперше розроблена та досліджена конструкція електричного реактивного двигуна на металевій
плазмі з дисковим катодом та управлінням переміщенням катодних плям дугового розряду за рахунок
магнітного поля соленоїда та постійного магніту.
Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці рекомендацій щодо інженерного
створення електричних реактивних двигунів на металевій плазмі та в результатах дослідження параметрів
електричного реактивного двигуна з дисковим катодом.
Статтю призначено для фахівців у галузі ракетного двигунобудування.
Ключові слова: ракетно-космічна техніка, електричний реактивний двигун, вакуумно-дуговий роз-
ряд, магнітне поле, плазма.
Metal plasma vacuum-arc thrusters attract increased attention due to their design simplicity, easy scalabil-
ity, and stable, reliable operation.
The goal of this work is to develop and characterize an electric metal plasma vacuum-arc thruster with a
long service life.
Research methods: a bibliographic analysis of the scientific and technical literature, a gravimetric thrust
measurement method, and measurement of electrical characteristics.
The article presents the results of development and characterization of a metal plasma vacuum-arc thruster
with a disk cathode made of aluminum alloy 5056 (analog of AMG6 alloy). The metal plasma thruster is a new
class of electric propulsion systems in which the cathode metal is converted into plasma using an electric dis-
chargeб, and the accelerated flow of the metal plasma produces jet thrust. Compared with known designs of metal
plasma vacuum-arc thrusters, the thruster developed has a significant cathode mass (805 g) with a working sur-
face area of 298 cm2. The thruster has a special magnetic system to control cathode spot motion over the working
surface of the cathode. Cathode spot motion was studied at different magnetic field magnitudes and configura-
tions, and the thrust was determined at different values of the discharge current and compared with that of exist-
ing metal plasma vacuum-arc thrusters.
The scientific novelty of the work lies in that the electric vacuum-arc thruster developed is the first to use
the controlled motion of cathode spots in order to ensure uniform erosion of the cathode material and extend the
service life. A disk cathode and cathode spot motion control by the magnetic field of a solenoid and a permanent
magnet are a novelty too.
The practical value of the work lies in recommendations on the engineering design of electric metal plasma
thrusters and in the results of characterization of an electric thruster with a disk cathode.
The article is intended for experts in rocket propulsion engineering.
Keywords: rocket and space technology, electric thruster, vacuum-arc discharge, magnetic field, plasma.
© Є. В. Спірін, 2026
The article is an open access article distributed underthe terms and conditions of the Creative
Commons Attributions ( CC BY) license (https/creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
ISSN 1561-9184 (Print) ISSN 2616-6380 (Online) Технічна механіка. 2026. № 2.
https://doi.org/10.15407/itm2026.02.0
https://orcid.org/
70
Вступ. Значну увагу конструкторів електричних реактивних двигунів
привертають плазмові двигуни, зокрема двигуни на металевій плазмі [1–3].
Ефективним методом перетворення металу в потоки плазми та їх прискорен-
ня є використання електричних розрядів, зокрема вакуумно-дугового розря-
ду. Вакуумно-дуговий двигун на металевій плазмі (Vacuum Arc Thruster,
VAT) – це новий клас електричних рушійних установок, в яких іонізація ме-
талу та прискорення іонів здійснюється в області катодних плям вакуумного
дугового розряду за рахунок процесів, які протікають в самому розряді [4, 5].
Такі двигуни можуть працювати без спеціальних систем іонізації та приско-
рення іонів. Для роботи вакуумно-дугового двигуна не потрібне газове або
рідке паливо, нейтралізатори, нагрівачі, високовольтна електроніка, сильні
електричні або магнітні поля.
Дуговий розряд викликає ерозію поверхні катода, внаслідок чого утво-
рюються іони, а також дрібні крапельки, що мають назву макрочасток. Іони,
що створюються в області катодних плям, мають високу енергію. Величина
швидкості іонів різна для різних матеріалів катода і складає близько 104 м/с.
Емітована з катодних плям плазма має дуже високу густину, що досягає
1026 м-3 у безпосередній близькості від катодної плями і близько 1020 м-3 на
відстані в декілька міліметрів від нього [6].
Технологія вакуумно-дугових розрядів сьогодні використовується для
промислового застосування, наприклад, імплантації іонів у поверхню виро-
бів, плазмо-хімічного осадження тонких плівок нітридів, карбідів та оксидів.
Технологія вакуумно-дугового розряду також може бути використана як
засіб забезпечення тяги для невеликих супутників завдяки реактивній силі,
яка виникає при розширенні потоку плазми з області катодних плям дугового
розряду.
Реактивна сила виникає в результаті розширення плазмового потоку в
зоні катода. Цей потік розширюється із надзвуковою швидкістю, і ця швид-
кість досягається вже на відстані 2-х – 3-х радіусів катодної плями. Сила,
створена катодом, пропорційна струму і може бути виражена через відно-
шення сили до струму. Тяга вакуумно-дугового реактивного двигуна зале-
жить від маси іонів, іонного струму, швидкості плазми і коефіцієнта заряду
іонів, тобто величин, що є фундаментальними характеристиками матеріалу
катода, а також від струму розряду. Теоретично реактивна сила вакуумно-
дугового розряду на алюмінієвому катоді може досягати 13,64 мН/кВт [4].
Дослідження реактивної тяги вакуумно-дугових двигунів показали величину
(8,7 – 13,9) мН/кВт [12].
Постановка задачі. В науково-технічній літературі описані різні конс-
трукції електричних ракетних двигунів на металевій плазмі, але основна ува-
га при їх розробці була спрямована на створення імпульсних двигунів малої
потужності. Імпульсні вакуумно-дугові реактивні двигуни розвивають дуже
низьку тягу (від одиниць мікроньютонів до одиниць міліньютонів), та мають
невелику масу електрода, який використовується для одержання потоку пла-
зми (від одиниць до десятків грамів), тому вони можуть бути використані
лише в системах орієнтації наносупутників (маса (1 – 10) кг) та мікросупут-
ників (маса (10 – 100) кг) [7–11].
У вказаних двигунах використовуються дугові розряди тривалістю від
кількох мікросекунд до кількох мілісекунд. Вказані значення імпульсів зумо-
влені тим, що в цих конструкціях використовуються індуктивні джерела жи-
71
влення розряду, або джерела живлення розряду з конденсаторами порівняно
невеликої ємності.
Вакуумно-дугові розряди постійного струму або розряди секундної три-
валості практично не розглядались для використання в двигунах на металевій
плазмі, оскільки для цього необхідні потужні джерела енергії, які можна
встановлювати на борту космічних апаратів. Нещодавній прогрес у галузі ви-
сокоефективних сонячних елементів та інших систем енергопостачання (у тому
числі мініатюрних термоядерних систем, придатних для використання в кос-
мосі) відродив інтерес до потужних рушійних систем на основі вакуумної дуги.
Протягом останніх кількох років з’явились публікації, в яких описані
електричні ракетні двигуни на металевій плазмі з тягою близько десяти мі-
ліньютонів [12–14]. Такі двигуни мають значно ширший спектр використан-
ня. Відомі конструкції таких двигунів включають декілька однакових блоків
(від двох до восьми), змонтованих в єдину систему. Кожен блок включає в
себе металевий катод та систему електроживлення. Катоди можуть бути ци-
ліндричними (діаметр (30 – 60) мм) або прямокутними (близько (20-х – 50)
мм) і масою декілька сотень грамів. У зв’язку з тим, що в цих конструкціях
двигунів катодні плями дугового розряду переміщуються по поверхні катодів
хаотично, ерозія їх поверхні вкрай нерівномірна, що значно знижує можли-
вий ресурс роботи двигуна. Збільшення площі поверхні катодів приводить до
ще більшої нерівномірності ерозії.
Актуальною проблемою є вирішення науково-практичної задачі розроб-
ки та дослідження електричних реактивних двигунів на металевій плазмі з
підвищеним ресурсом роботи. Для цього необхідний значний запас матеріалу
катода, який є джерелом плазми. Збільшення розмірів катода приводить до
необхідності забезпечення їх рівномірного випаровування катодними пляма-
ми дугового розряду, що може бути здійснено керованим переміщенням ка-
тодних плям по поверхні катода.
Концепція вакуумно-дугового двигуна з дисковим катодом.
Конструкція вакуумно-дугового реактивного двигуна на металевій
плазмі повинна відповідати таким вимогам:
– надійний запуск та підтримка дугового розряду в широкому діапа-
зоні струмів;
– локалізація катодних плям на робочій поверхні катода;
– оптимальна діаграма спрямованості плазмових потоків;
– максимальний коефіцієнт використання матеріалу катода (відно-
шення ваги відпрацьованого катода до ваги вихідного);
– достатній запас матеріалу, який випаровується, що визначається
початковими розмірами катода.
Для забезпечення високого ресурсу роботи реактивного двигуна на мета-
левій плазмі необхідно мати достатню масу матеріалу катода, який є джере-
лом плазми. Також доцільно вибрати велику площу робочої поверхні катода
для запобігання перегріву катода при великих значеннях розрядного струму.
Оптимальним варіантом є вибір дискової форми катода. Для досягнення рів-
номірного випаровування катода необхідно забезпечити кероване перемі-
щення катодних плям дугового розряду по його робочій поверхні. Кероване
переміщення катодних плям доцільно здійснити за допомогою магнітного
поля. В сучасних вакуумно-дугових випарниках металів, які використовують
для нанесення покриттів, широко застосовується метод керування перемі-
72
щенням катодних плям дугового розряду за допомогою магнітного поля, си-
лові лінії якого мають арочну конфігурацію [15]. Силові лінії такого поля
розташовані над катодом і мають вигляд дуг (арок). Катодна пляма рухається
всередині такої арки, де перпендикулярна складова магнітного поля дорівнює
нулю (вершина арки). Катодні плями переміщуються під аркою силових лі-
ній магнітного поля. При незмінному магнітному полі катодні плями будуть
переміщатись по одній і тій же траєкторії, і через деякий час внаслідок випа-
ровування металу на поверхні катода з’являється кільцева канавка. Для того,
щоб максимально використати матеріал катода, необхідно переміщати като-
дні плями дугового розряду по всій його поверхні, для чого необхідно або
переміщувати магнітну систему, яка створює магнітне поле арочної конфігу-
рації, або періодично змінювати конфігурацію магнітного поля.
В роботі [16] для підвищення коефіцієнта використання матеріалу катода
електродугового випарника для нанесення покриттів використали електрома-
гнітну систему, що складається з двох соленоїдів, яка створює на поверхні
катода арочне магнітне поле. Змінюючи співвідношення струмів у соленоїдах
магнітної системи, можна було змінювати кривизну ліній аркового магнітно-
го поля та радіус кругового руху катодної плями.
Для електродугового випарника металів, який використовується в установ-
ках для нанесення покриттів, вага випарника має другорядне значення. Але
враховуючи необхідність досягнення мінімальної ваги реактивного двигуна на
металевій плазмі, доцільно замінити один з соленоїдів постійним магнітом.
Таким чином, необхідно розробити реактивний двигун на металевій пла-
змі, який буде включати в себе дисковий катод з металу, який буде випарову-
ватись, та магнітну систему з постійного магніту, розташованого під робочою
поверхнею катода, та соленоїда, розташованого на периферійній області дис-
кового катода. Крім того, необхідно створити систему ініціювання дугового
розряду, захистити неробочу поверхню катода екранами та забезпечити роз-
ташування анода дугового розряду в зоні потоку плазми.
Розробка та дослідження двигуна з дисковим катодом. Для проведен-
ня попередніх досліджень розроблено та виготовлено експериментальний
вакуумно-дуговий двигун з дисковим катодом діаметром 95 мм, осьовий пе-
реріз якого приведено на рис. 1 [17].
В корпусі 1 з ізолюючого матеріалу встановлений катод 2, нижня повер-
хня якого є робочою, по якій переміщуються катодні плями дугового розря-
ду. Екран 3 закриває бічну поверхню катода 2 і не дозволяє катодним плямам
переміщуватись з робочої поверхні катода на неробочу поверхню. Анод 4
встановлений в центрі двигуна. Електрод ініціювання дугового розряду 6
ізольований від анода ізолятором 5, а від катода – ізолятором 7. Кільцевий
керамічний ізолятор 8 розташований між робочою поверхнею катода та елек-
тродом ініціювання розряду 6. При подачі на електрод 6 високовольтного
імпульсу виникає розряд по боковій поверхні ізолятора 8, який ініціює дуго-
вий розряд між катодом 1 та анодом 4. Катодні плями дугового розряду пе-
реміщуються по робочій поверхні катода по кільцевій траєкторії, утворюючи
потоки металевої плазми, направлені від робочої поверхні катода. Ці потоки
плазми і створюють реактивну тягу.
Рівномірне випаровування катода забезпечує магнітна система, яка скла-
дається з центрального дискового магніту 12 та периферійного соленоїда 17.
73
Рис. 1 – Осьовий переріз експериментального вакуумно-дугового двигуна
з дисковим катодом діаметром 95 мм
В роботі [18] приведені результати дослідження параметрів вказаної ма-
гнітної системи електродугового ракетного двигуна на металевій плазмі.
Проведені дослідження магнітного поля електродугового реактивного двигу-
на на металевій плазмі з різними постійними магнітами та з різними варіан-
тами роботи керуючих соленоїдів показали, що використання комбінації пос-
тійного магніту та соленоїда забезпечує можливість зміни траєкторії перемі-
щення катодних плям дугового розряду по всій поверхні катода.
Аналіз отриманих результатів. Випробування електродугового двигуна
на металевій плазмі проводили в вакуумній камері при остаточному тиску
5·10-3 Па.
На рис. 2 показані фотографії траєкторії переміщення катодних плям на
робочій поверхні дискового катода електродугового реактивного двигуна на
металевій плазмі в вакуумній камері. На рис. 2, а) – траєкторія переміщення
катодних плям дугового розряду при відсутності струму в периферійному со-
леноїді, на рис. 2, б) – при величині струму 10 А в периферійному соленоїді.
а
б
а) – індукція магнітного поля 3 мТ,
б) – індукція магнітного поля 12 мТ
Рис. 2 – Траєкторія переміщення катодних плям
Проведені експерименти показали, що при зміні струму периферійного
соленоїда змінюється радіус траєкторії руху катодних плям, що підтверджує
74
концепцію можливості управління траєкторією руху за допомогою комбіно-
ваної магнітної системи, яка складається з постійного магніту та соленоїдів.
На основі аналізу результатів дослідження роботи експериментальної
конструкції двигуна з дисковим катодом діаметром 95 мм розроблено новий
експериментальний зразок двигуна. Діаметр катода збільшено до 195 мм, ви-
користані тільки керамічні ізолятори, а також встановлено допоміжний анод
у вигляді набору вольфрамових стрижнів.
На рис. 3 приведено осьовий переріз вакуумно-дугового двигуна з диско-
вим катодом збільшеного діаметра (195 мм) та керамічними ізоляторами. Він
включає в себе такі елементи: 1 – катод, 2 – анод, 3 – пристрій ініціювання
розряду, 4 – постійні магніти, 5 – внутрішній соленоїд, 6 – зовнішній солено-
їд, 7 – магнітопровід. Дисковий катод 1 встановлений на магнітопроводі 7
через опорні ізолятори. На магнітопроводі 7 встановлені три магнітні систе-
ми.
Перша магнітна система включає чотири магнітних кільця 4, виготовле-
них з самарій-кобальтового сплаву та магнітопровід 7. Силові лінії магнітно-
го поля на поверхні катода 1 мають конфігурації арки, що забезпечує пере-
міщення катодних плям дугового розряду по кільцевій траєкторії.
1 – катод, 2 – анод, 3 – пристрій ініціювання розряду, 4 – постійні магніти,
5 – внутрішній соленоїд, 6 – зовнішній соленоїд, 7 – магнітопровід
Рис. 3 – Осьовий переріз експериментального ЕРДМП з
дисковим катодом діаметром 195 мм
Друга магнітна система включає в себе внутрішній соленоїд 5, який має
100 витків мідного дроту діаметром 2 мм та магнітопровід 7. Зміною величи-
ни струму через обмотку соленоїда 5 можна змінювати величину індукції та
конфігурацію силових ліній магнітного поля, змінюючи цим траєкторію та
швидкість переміщення катодних плям по поверхні катода.
Третя магнітна система включає в себе зовнішній соленоїд 6, який має
100 витків мідного дроту діаметром 2 мм та магнітопровід 7. Зміною величи-
ни струму через обмотку соленоїда 6 можна змінювати величину індукції та
конфігурацію силових ліній магнітного поля, змінюючи цим траєкторію та
швидкість переміщення катодних плям по поверхні катода.
Комбінацією цих трьох магнітних систем можна забезпечити зміну в ши-
роких межах індукції магнітного поля та конфігурації його силових ліній, що
дозволяє провести дослідження тяги реактивного двигуна на металевій плазмі.
75
Для ініціювання дугового розряду на периферійній частині катода 1 вста-
новлений блок ініціювання дугового розряду, який включає в себе електрод
ініціювання розряду, ізолятор та фіксатор електроду. Блок ініціювання дугово-
го розряду аналогічний відомим системам ініціювання дугового розряду в еле-
ктродугових випарниках металу (наприклад, в установках типу БУЛАТ).
Зовнішній вигляд двигуна з дисковим катодом діаметром 195 мм показа-
но на рис. 4.
Дослідження вакуумного-дугового двигуна з дисковим катодом прово-
дили в вакуумній камері при остаточному тиску 5·10-3 Па. Для вимірювання
тяги використовували електронні ваги PS 6000.R2 RADWAG з виведенням
даних через інтерфейс RS-232C.
Електронні ваги встановлювали в вакуумній камері, на їх робочий стіл
встановлювали металевий диск, а на нього ставили вакуумно-дуговий двигун.
Через ілюмінатор проводили відеозапис катодних плям дугового розряду за
допомогою камери OLYMPUS OM-D EM-5. Реєстрація величини струму та
напруги дугового розряду проводилась за допомогою програми LabVIEW.
а б
а) – без допоміжного аноду, б) – з встановленим допоміжним анодом
Рис. 4 – Зовнішній вигляд двигуна з дисковим катодом діаметром 195 мм
На рис. 5 показано траєкторії переміщення катодних плям дугового роз-
ряду з величиною струму 120 А при різних величинах струму зовнішнього
соленоїда. При відсутності струму в соленоїдах на робочій поверхні катода є
тільки магнітне поле, створене постійним магнітом, розташованим в центрі
дискового катода. В цьому випадку траєкторія переміщення катодних плям,
які переміщуються під аркою силових ліній магнітного поля постійного маг-
ніту, має мінімальний діаметр (рис. 5, в)). При максимальному значенні
струму в периферійному соленоїді траєкторія переміщенні катодних плям
дугового розряду має максимальний діаметр (рис. 5, а)). Пояснюється це тим,
що магнітне поле периферійного соленоїду деформує арку силових ліній ма-
гнітного поля постійного магніту і вершина арки розташовується на більшій
відстані від центра катода. При меншому значенні магнітного поля перифе-
рійного соленоїду діаметр траєкторії переміщення катодних плям зменшу-
ється (рис. 5, б)).
Проведені випробування двигуна з дисковим катодом при різних конфі-
гураціях магнітного поля та різних значеннях струму дугового розряду. Ве-
личини розрядного струму, напруги між анодом та катодом в залежності від
струму соленоїда (індукції магнітного поля) вказані в таблиці 1.
76
а)
б)
в)
Рис. 5 – Траєкторії переміщення катодних плям при різних величинах струму зо-
внішнього соленоїда: а) – 12 А, б) – 8 А, в) – 0 А).
Таблиця 1
№№
Струм
дугового
розряду, А
Напруга
дугового
розряду, В
Величина
реактивної тя-
ги, мН
Питома
реактивна тяга,
мН/кВт
1 111,9 35,8 17,44 4,35
2 189,8 38,4 44,79 6,15
Керування переміщенням катодних плям можна також здійснити за до-
помогою магнітного поля периферійного та центрального соленоїдів без пос-
тійного магніту. Проведені експерименти показали, що практично немає різ-
ниці між вказаними методами керування. Враховуючи, що постійний магніт
має значно меншу масу та не потребує окремого джерела живлення, для ва-
куумно-дугового реактивного двигуна доцільно використовувати систему
керування переміщенням катодних плям на основі комбінації соленоїда та
постійного магніту.
Величину тяги визначали як різницю величин ваги вакуумно-дугового
двигуна при наявності розряду та ваги двигуна без розряду. Цей метод дозво-
ляє провести оцінку величини тяги з невеликою точністю, але завдяки його
простоті може бути проведений великий обсяг досліджень для вибору опти-
мальної конструкції двигуна. Величину тяги відносно величини розрядного
струму визначали шляхом поділення одержаного значення реактивної тяги на
величину розрядного струму.
На рис. 6 та рис. 7 приведено зведені графіки зміни напруги, струму та
ваги вакуумно-дугового двигуна при різних значеннях струму розряду. На
початковий момент напруга на електродах вакуумно-дугового двигуна дорів-
нює вихідній напрузі джерела живлення (75 В), вага двигуна з опорним дис-
ком – 5856,9 г.
Рис. 6 – Зведений графік зміни струму, напруги та ваги двигуна
при дуговому розряді з величиною струму 189,8 А та тривалістю 2 с
77
В момент ініціювання дугового розряду напруга між анодом та катодом
двигуна зменшується до величини 38,4 В при величині струму 189,8 А, а ве-
личина показань на вагах збільшується до 5861,43 г за рахунок реактивної
сили, створюваної вакуумно-дуговим двигуном (рис. 6). Показання ваги запі-
знюються відносно моменту ініціювання, що пояснюється інертністю систе-
ми вимірювання. В момент відключення джерела живлення напруга на елек-
тродах і струм розряду зменшуються до нуля, а вага з тим же запізненням
зменшується до вихідного значення. Різниця в показаннях ваги становить
4,57 г, що відповідає величині тяги близько 44,79 мН . Питома реактивна
тяга обчислювалась, як результат ділення виміряного значення реактивної
тяги на величину потужності розряду.
На рис. 7 приведено зведений графік зміни параметрів вакуумно-дугово-
го двигуна при струмі розряду 111,9 А. Зміна ваги за рахунок реактивної тяги
становить 1,78 г, що відповідає величині тяги близько 17,44 мН. Питома реа-
ктивна тяга – 4,35 мН/кВт.
Рис. 7 – Зведений графік зміни струму, напруги та ваги двигуна
при дуговому розряді з величиною струму 111,9 А та тривалістю 1 с
В роботі [12], в якій досліджено параметри вакуумно-дугового двигуна
Xantus X4, приведені значення питомої реактивної тяги (8,7 – 13,9) мН/кВт.
Одержані в цій роботі величини питомої реактивної тяги значно нижчі, що
може бути пов’язано з тим, що при переміщенні катодних плям під аркою
силових ліній магнітного поля напруга на розряді, а отже і енерговитрати,
значно більші (35 – 38) В, ніж при відсутності магнітного поля (20 – 25) В.
Тому відношення тяги до енерговитрат розряду в магнітному полі буде ниж-
че, ніж при відсутності магнітного поля.
Рекомендації. На основі проведених досліджень розроблені рекоменда-
ції для інженерної розробки вакуумно-дугових двигунів на металевій плазмі.
1. Для забезпечення рівномірного випаровування катода для підвищення
ресурсу роботи вакуумно-дугового двигуна на металевій плазмі доцільно ви-
користовувати магнітне поле арочної конфігурації.
2. Для зміни траєкторії переміщення катодних плям можна використову-
вати комбінацію соленоїду та постійного магніту, що зменшить вагу двигуна,
та енерговитрати на його експлуатацію.
3. Використання імпульсів дугового розряду тривалістю від сотень мілі-
секунд до одиниць секунд забезпечить збільшення загальної тяги двигуна
порівняно з короткими імпульсами мікросекундної тривалості.
78
Висновки.
1. Розроблено та виготовлено два експериментальних реактивних ваку-
умно-дугових двигуна з дисковими катодами різного діаметра.
2. Проведено дослідження реактивної тяги вакуумно-дугових двигунів з
дисковими катодами різного діаметра.
3. Встановлено закономірності переміщення траєкторії катодних плям
дугового розряду під впливом магнітного поля.
1. O’Reilly D., Herdrich G., Kavanagh D. F. Electric Propulsion Methods for Small Satellites: A Review.
Aerospace. 2021. vol. 8, No. 1, Art. no. 22. https://doi.org/10.3390/aerospace8010022
2. Kolbeck J., Anders A., Beilis II, Keidar M. Micro-propulsion based on vacuum arcs. J Appl Phys. 2019.
Vol.125. https://doi.org/10.1063/1.5081096
3. Pietzka M. Development and Characterization of a Propulsion System for CubeSats Based on Vacuum Arc
Thrusters. Ph.D. Thesis, University of the Bundeswehr Munich, Munich, Germany, 2016. 177 рр.
4. Polk J. E., Sekerak M. J., Ziemer J. K., Schein J., and Anders A. A. Theoretical analysis of vacuum arc thruster
and vacuum arc ion thruster performance. IEEE Trans. Plasma Sci. 2008. Vol. 36, No. 5. P. 2167–2179.
https://doi.org/10.1109/TPS.2008.2004374
5. Krishnan M., Velas K., and Leemans S. Metal Plasma Thruster for Small Satellites. AIAA Journal. 2020.
Vol. 36, No. 4. P. 535–539. https://doi.org/10.2514/1.B37603
6. Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. Springer Science Business Media.
New York. 2008. 540 pр. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1
7. Lun J. Performance improvement of vacuum arc thrusters. A thesis submitted to the Faculty of Engineering and
the Built Environment at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements
for the degree of Doctor of Philosophy. 2015. 270 pр.
8.Marvin Kühn and Jochen Schein. Development of a High-Reliability Vacuum Arc Thruster System. Journal of
Propulsion and Power. 2022. Vol. 38, No 5. P. 752–758. https://doi.org/10.2514/1.B38202
9.Taploo A., Jake Spinelli J., Michael Keidar J. Toward achieving longevity of micro cathode thrusters. Guru
Sankar Duppada. Appl. Phys. Vol. 138, No 2. https://doi.org/10.1063/5.0273158
10. Schein J., Qi N., Binder R., Krishnan M., Ziemer J. K., Polk J. E., & Anders A. Inductive Energy Storage
Driven Vacuum Arc Thruster. Review of Scientific Instruments. 2022. Vol. 73, No.2. P. 925–927.
https://doi.org/10.1063/1.1428784
11. Спірін Є. В., Надтока В. М. Електричні реактивні двигуни на металевій плазмі. Космічна техніка.
Ракетне озброєння. 2025. Вип. 2 (123). С. 24–34. https://doi.org/10.33136/stma2025.02.024
12. Frankovich J. K., Krishnan M., Mackey J. et al. Qualification of a pulsed, millinewton class metal plasma
thruster for broad mission applications. J Electr Propuls. 2025. Vol. 4, No. 65. https://doi.org/10.1007/s44205-
025-00139-9.
13. Kent Frankovich, Mahadevan Krishnan. Metal plasma thruster (MPT): from garage to orbit in 4 years. 3AF
Space Propulsion Conference in Glasgow, Scotland, 20 – 23 Мay 2024.
14. Krishnan M, Frankovich J. K., and Mackey J. Impulse Bit Measurements from Metal Plasma Thruster.
Journal of Propulsion and Power. 2021. Vol. 37, No. 4. Pp. 577–583. https /doi.org/10.2514/1.B38191
15. Sethuraman S. K., Barrault М. R. Study of the Motion of Vacuum Arcs in High Magnetic Field. Journal of
Nuclear Materials. 1980. Vol. 93–94. P. 791–798. https://doi.org/10.1016/0022-3115(80)90209-3
16. Духопельников Д. В., Кириллов Д. В., Рязанов В. А., Наинг Чжо Вин. Оптимизация траектории движения
катодного пятна для повышения равномерности выработки катода вакуумного дугового испарителя. Инженер-
ный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/plasma/1042.html (дата
звернення 19.11.2013).
17. Спірін Є. В. Електрореактивний двигун малої тяги з використанням електродугового розряду. XXV
Міжнародна конференція «Людина і космос»: тези доп. XXV Міжнародної молодіжної науково-
практичної конференції «Людина і Космос» м. Дніпро 12–14 квітня 2023 р. Національний центр аеро-
космічної освіти молоді ім. О. М. Макарова. Дніпро, 2023. С. 50–51.
18. Спірін Є., Надтока В. Дослідження магнітного поля електродугового реактивного двигуна на метале-
вій плазмі. Журнал ракетно-космічних технологій. 2024. Вип. 33, № (4–28). С. 45–48.
Стаття надійшла до редакції 26.05.2026;
прийнято до друку після рецензування 26.06.2026;
дата публікації 02.07.2026.
https://doi.org/10.3390/aerospace8010022
https://doi.org/10.1109/TPS.2008.2004374
https://doi.org/10.2514/1.B37603
https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1
https://doi.org/10.2514/1.B38202
https://doi.org/10.1063/5.0273158
https://doi.org/10.33136/stma2025.02.024
https://doi.org/10.1016/0022-3115(80)90209-3
http://engjournal.ru/catalog/machin/plasma/1042.html
|
| id | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-192 |
| institution | Technical Mechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-14T01:01:10Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | текст 3 |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | journal-itmdpua/cd/5b904c1d43486308f7646ba7e9020fcd.pdf |
| spelling | oai:ojs2.journal-itm.dp.ua:article-1922026-07-13T20:32:47Z DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF A METAL PLASMA VACUUM-ARC THRUSTER РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ SPIRIN, Ye. V. rocket and space technology, electric thruster, vacuum-arc discharge, magnetic field, plasma. ракетно-космічна техніка, електричний реактивний двигун, вакуумно-дуговий розряд, магнітне поле, плазма. DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.02.069 Metal plasma vacuum-arc thrusters attract increased attention due to their design simplicity, easy scalability, and stable, reliable operation. The goal of this work is to develop and characterize an electric metal plasma vacuum-arc thruster with a long service life. Research methods: a bibliographic analysis of the scientific and technical literature, a gravimetric thrust measurement method, and measurement of electrical characteristics. The article presents the results of development and characterization of a metal plasma vacuum-arc thruster with a disk cathode made of aluminum alloy 5056 (analog of AMG6 alloy). The metal plasma thruster is a new class of electric propulsion systems in which the cathode metal is converted into plasma using an electric dischargeб, and the accelerated flow of the metal plasma produces jet thrust. Compared with known designs of metal plasma vacuum-arc thrusters, the thruster developed has a significant cathode mass (805 g) with a working surface area of 298 cm2. The thruster has a special magnetic system to control cathode spot motion over the working surface of the cathode. Cathode spot motion was studied at different magnetic field magnitudes and configurations, and the thrust was determined at different values of the discharge current and compared with that of existing metal plasma vacuum-arc thrusters. The scientific novelty of the work lies in that the electric vacuum-arc thruster developed is the first to use the controlled motion of cathode spots in order to ensure uniform erosion of the cathode material and extend the service life. A disk cathode and cathode spot motion control by the magnetic field of a solenoid and a permanent magnet are a novelty too. The practical value of the work lies in recommendations on the engineering design of electric metal plasma thrusters and in the results of characterization of an electric thruster with a disk cathode. The article is intended for experts in rocket propulsion engineering. REFERENCES 1. O'Reilly D., Herdrich G., Kavanagh D.F. Electric propulsion methods for small satellites: a review. Aerospace. 2021. V. 8. No. 1. Art. 22. https://doi.org/10.3390/aerospace8010022 2. Kolbeck J., Anders A., Beilis II, Keidar M. Micro-propulsion based on vacuum arcs. J. Appl. Phys. 2019. V.125. Iss. 22. Art. 220902. https://doi.org/10.1063/1.5081096 3. Pietzka M. Development and Characterization of a Propulsion System for CubeSats Based on Vacuum Arc Thrusters. Ph.D. Thesis, University of the Bundeswehr Munich, Munich, Germany, 2016. 177 pp. 4. Polk J. E., Sekerak M. J., Ziemer J. K., Schein J., Anders A. A Theoretical analysis of vacuum arc thruster and vacuum arc ion thruster performance. IEEE Trans. Plasma Sci. 2008. V. 36. No. 5, Pp. 2167-2179.https://doi.org/10.1109/TPS.2008.2004374 5. Krishnan M., Velas K., Leemans S. Metal plasma thruster for small satellites. AIAA Journal. 2020. V. 36. No. 4. Pp. 535-539. https://doi.org/10.2514/1.B37603 6. Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. New York: Springer Science Business Media, 2008. 540 pp. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1 7. Lun J. Performance Improvement of Vacuum Arc Thrusters. A thesis submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. 2015. 270 pp. 8. Marvin Kühn M., Schein J. Development of a high-reliability vacuum arc thruster system. Journal of Propulsion and Power. 2022. V. 38. No 5. Pp. 752-758. https://doi.org/10.2514/1.B38202 9. Duppada G. S., Taploo A., Spinelli J., Keidar M. Toward achieving longevity of micro cathode thrusters. J. Appl. Phys. 2025. Vol. 138. No. 2. Art. 023302.https://doi.org/10.1063/5.0273158 10. Schein J., Qi N., Binder R., Krishnan M., Ziemer J. K., Polk J. E., Anders A. Inductive energy storage driven vacuum arc thruster. Review of Scientific Instruments. 2022. V. 73. No. 2. Pp. 925-927.https://doi.org/10.1063/1.1428784 11. Spirin Ye. V., Nadtoka V. M. Electric thrusters utilizing metal plasma. Space Technology. Missile Armaments. 2025. Iss. 2. Pp.24-34. (In Ukrainian). https://doi.org/10.33136/stma2025.02.024 12. Frankovich, J. K., Krishnan, M., Mackey, J. et al. Qualification of a pulsed, millinewton class metal plasma thruster for broad mission applications. J. Electr. Propuls. 2025. Vol. 4. Art. 65.https://doi.org/10.1007/s44205-025-00139-9 13. Frankovich K., Krishnan M. Metal plasma thruster (MPT): from garage to orbit in 4 years. 3AF Space Propulsion Conference in Glasgow, Scotland, 20 - 23 May 2024 14. Krishnan M, Frankovich J. K., Mackey J. Impulse bit measurements from metal plasma thruster. Journal of Propulsion and Power. 2021. V. 37. No. 4. Pp. 577-583. https://doi.org/10.2514/1.B38191 15. Sethuraman S. K., Barrault М. R. Study of the motion of vacuum arcs in high magnetic field. Journal of Nuclear Materials. 1980. V. 93-94. Pp. 791-798. https://doi.org/10.1016/0022-3115(80)90209-3 16. Dukhopelnikov D.V., Kirillov D.V., Ryazanov V.A., Naing Kyaw Win. Optimization of the cathode spot trajectory to improve the uniformity of cathode production in a vacuum arc evaporator. Engineering Journal: Science and Innovation. 2013. V. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/plasma/1042.html (Last accessed on November19, 2013). 17. Spirin Ye. V. Electroreactive low-thrust jet engine with electric arc discharge. XXV International Conference "Man and Space": Abstracts of the XXV International Youth Scientific and Practical Conference "Man and Space", Dnipro, April 12-14, 2023. Dnipro: National Center for Aerospace Education of Youth named after O.M. Makarov, 2023. Pp. 50-51. (In Ukrainian). 18. Spirin Ye., Nadtoka V. Research of the magnetic field of an electric arc jet engine on metal plasma. Journal of Rocket-Space Technology. 2024. V. 33. No. 4-28. Pp. 45-48. (In Ukrainian). DOI: https://doi.org/10.15407/itm2026.02.069 Вакуумно-дугові реактивні двигуни на металевій плазмі привертають до себе підвищену увагу через простоту їхньої конструкції, легку масштабованість і стійку, надійну роботу. Метою статті є розробка електричного вакуумно-дугового двигуна на металевій плазмі з високим ресурсом роботи, а також дослідження його характеристик. Методи дослідження: бібліографічний аналіз науково-технічної літератури, гравіметричний метод вимірювання тяги, вимірювання електричних характеристик. У статті наведено результати розробки та дослідження вакуумно-дугового реактивного двигуна на металевій плазмі з дисковим катодом з алюмінієвого сплаву 5056 (аналог сплаву АмГ6). Реактивний двигун на металевій плазмі – це новий клас електричних рушійних установок, у яких метал переводиться в плазмовий стан за допомогою електричного розряду, і прискорений потік металевої плазми створює реактивну тягу. Порівняно з відомими конструкціями вакуумно-дугових реактивних двигунів на металевій плазмі розроблений двигун має значну масу катода (805 г) при площі його робочої поверхні 298 см2.. Двигун має спеціальну магнітну систему для керування переміщенням катодних плям розряду по робочій поверхні катода. Досліджено характер переміщення катодних плям при зміні величини та конфігурації магнітного поля, визначено величину реактивної тяги двигуна при різних величинах розрядного струму. Проведено порівняння величини реактивної тяги розробленого двигуна з величиною тяги відомих конструкцій вакуумно-дугових реактивних двигунів на металевій плазмі. Наукова новизна результатів, отриманих автором, полягає в тому, що вперше в конструкції електричних вакуумно-дугових реактивних двигунів використано примусове переміщення катодних плям по поверхні катода для забезпечення рівномірної ерозії матеріалу катода та підвищення ресурсу роботи двигуна. Також вперше розроблена та досліджена конструкція електричного реактивного двигуна на металевій плазмі з дисковим катодом та управлінням переміщенням катодних плям дугового розряду за рахунок магнітного поля соленоїда та постійного магніту. Практичне значення отриманих результатів полягає в розробці рекомендацій щодо інженерного створення електричних реактивних двигунів на металевій плазмі та в результатах дослідження параметрів електричного реактивного двигуна з дисковим катодом. Статтю призначено для фахівців у галузі ракетного двигунобудування. ПОСИЛАННЯ 1. O’Reilly D., Herdrich G., Kavanagh D. F. Electric Propulsion Methods for Small Satellites: A Review. Aerospace. 2021. vol. 8, No. 1, Art. no. 22. https://doi.org/10.3390/aerospace8010022 2. Kolbeck J., Anders A., Beilis II, Keidar M. Micro-propulsion based on vacuum arcs. J Appl Phys. 2019. Vol.125. https://doi.org/10.1063/1.5081096 3. Pietzka M. Development and Characterization of a Propulsion System for CubeSats Based on Vacuum Arc Thrusters. Ph.D. Thesis, University of the Bundeswehr Munich, Munich, Germany, 2016. 177 рр. 4. Polk J. E., Sekerak M. J., Ziemer J. K., Schein J., and Anders A. A. Theoretical analysis of vacuum arc thruster and vacuum arc ion thruster performance. IEEE Trans. Plasma Sci. 2008. Vol. 36, No. 5. P. 2167–2179. https://doi.org/10.1109/TPS.2008.2004374 5. Krishnan M., Velas K., and Leemans S. Metal Plasma Thruster for Small Satellites. AIAA Journal. 2020. Vol. 36, No. 4. P. 535–539. https://doi.org/10.2514/1.B37603 6. Anders A. Cathodic Arcs: From Fractal Spots to Energetic Condensation. Springer Science Business Media. New York. 2008. 540 pр. https://doi.org/10.1007/978-0-387-79108-1 7. Lun J. Performance improvement of vacuum arc thrusters. A thesis submitted to the Faculty of Engineering and the Built Environment at the University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. 2015. 270 pр. 8.Marvin Kühn and Jochen Schein. Development of a High-Reliability Vacuum Arc Thruster System. Journal of Propulsion and Power. 2022. Vol. 38, No 5. P. 752–758. https://doi.org/10.2514/1.B38202 9.Taploo A., Jake Spinelli J., Michael Keidar J. Toward achieving longevity of micro cathode thrusters. Guru Sankar Duppada. Appl. Phys. Vol. 138, No 2. https://doi.org/10.1063/5.0273158 10. Schein J., Qi N., Binder R., Krishnan M., Ziemer J. K., Polk J. E., & Anders A. Inductive Energy Storage Driven Vacuum Arc Thruster. Review of Scientific Instruments. 2022. Vol. 73, No.2. P. 925–927. https://doi.org/10.1063/1.1428784 11. Спірін Є. В., Надтока В. М. Електричні реактивні двигуни на металевій плазмі. Космічна техніка. Ракетне озброєння. 2025. Вип. 2 (123). С. 24–34. https://doi.org/10.33136/stma2025.02.024 12. Frankovich J. K., Krishnan M., Mackey J. et al. Qualification of a pulsed, millinewton class metal plasma thruster for broad mission applications. J Electr Propuls. 2025. Vol. 4, No. 65. https://doi.org/10.1007/s44205-025-00139-9 13. Kent Frankovich, Mahadevan Krishnan. Metal plasma thruster (MPT): from garage to orbit in 4 years. 3AF Space Propulsion Conference in Glasgow, Scotland, 20 – 23 Мay 2024. 14. Krishnan M, Frankovich J. K., and Mackey J. Impulse Bit Measurements from Metal Plasma Thruster. Journal of Propulsion and Power. 2021. Vol. 37, No. 4. Pp. 577–583. https://doi.org/10.2514/1.B38191 15. Sethuraman S. K., Barrault М. R. Study of the Motion of Vacuum Arcs in High Magnetic Field. Journal of Nuclear Materials. 1980. Vol. 93–94. P. 791–798. https://doi.org/10.1016/0022-3115(80)90209-3 16. Духопельников Д. В., Кириллов Д. В., Рязанов В. А., Наинг Чжо Вин. Оптимизация траектории движения катодного пятна для повышения равномерности выработки катода вакуумного дугового испарителя. Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/plasma/1042.html (дата звернення 19.11.2013). 17. Спірін Є. В. Електрореактивний двигун малої тяги з використанням електродугового розряду. XXV Міжнародна конференція «Людина і космос»: тези доп. XXV Міжнародної молодіжної науково-практичної конференції «Людина і Космос» м. Дніпро 12–14 квітня 2023 р. Національний центр аерокосмічної освіти молоді ім. О. М. Макарова. Дніпро, 2023. С. 50–51. 18. Спірін Є., Надтока В. Дослідження магнітного поля електродугового реактивного двигуна на металевій плазмі. Журнал ракетно-космічних технологій. 2024. Вип. 33, № (4–28). С. 45–48. текст 3 2026-07-02 Article Article application/pdf https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/192 Technical Mechanics; No. 2 (2026): Technical Mechanics; 69-78 Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины; № 2 (2026): Technical Mechanics; 69-78 ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; № 2 (2026): ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА; 69-78 uk https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/192/87 Copyright (c) 2026 Technical Mechanics |
| spellingShingle | ракетно-космічна техніка електричний реактивний двигун вакуумно-дуговий розряд магнітне поле плазма. SPIRIN, Ye. V. РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ |
| title | РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ |
| title_alt | DEVELOPMENT AND CHARACTERIZATION OF A METAL PLASMA VACUUM-ARC THRUSTER |
| title_full | РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ |
| title_fullStr | РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ |
| title_full_unstemmed | РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ |
| title_short | РОЗРОБКА ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ВАКУУМНО-ДУГОВОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГУНА НА МЕТАЛЕВІЙ ПЛАЗМІ |
| title_sort | розробка та дослідження вакуумно-дугового реактивного двигуна на металевій плазмі |
| topic | ракетно-космічна техніка електричний реактивний двигун вакуумно-дуговий розряд магнітне поле плазма. |
| topic_facet | rocket and space technology electric thruster vacuum-arc discharge magnetic field plasma. ракетно-космічна техніка електричний реактивний двигун вакуумно-дуговий розряд магнітне поле плазма. |
| url | https://journal-itm.dp.ua/ojs/index.php/ITM_j1/article/view/192 |
| work_keys_str_mv | AT spirinyev developmentandcharacterizationofametalplasmavacuumarcthruster AT spirinyev rozrobkatadoslídžennâvakuumnodugovogoreaktivnogodvigunanametalevíjplazmí |