Я знаю, что вопрос немного устарел, но я нахожу его очень интересным. Итак, начнем. Прежде всего, я должен сказать, что я не могу гарантировать, что я представлю самые высокие цифры из всех , так как исследования продолжаются. Но давайте попробуем.

Следует вспомнить уравнение эффективности тяги,$\eta_T$,

Где$T$это тяга,$I_{sp}$удельный импульс,$P_{in}$входная мощность и$g_0$- стандартное ускорение свободного падения. Тогда да, вы правы: с фиксированным$\eta_T$а также$P_{in}$большая тяга означает меньший удельный импульс.

Еще одним важным показателем здесь (вы поймете, почему) является отношение тяги к мощности, которое определяется тем же уравнением, просто как

Высочайшая мощность

Зависит от того, что вы определяете как мощность: среднюю или мгновенную.

Средняя мощность обычно рассматривается, когда речь идет о стационарных двигателях, таких как двигатели на эффекте Холла (HET) , ионно-решетчатые двигатели (GIT) , электродвигатели с полевой эмиссией (FEEP) , VASIMR (я не буду говорить об этом здесь, поскольку вы уже процитировал) и т.

Когда вы рассматриваете мгновенную мощность , вероятно, вы имеете в виду двигатели, работающие в импульсном или квазистационарном режиме, такие как импульсные плазменные двигатели (ИПД) , магнитоплазмодинамические двигатели (МПД) , импульсные индуктивные двигатели (ИПТ) и т. д.

Средняя мощность

Типы двигателей, которые достигли наибольшей мощности при наземных испытаниях, - это HET и Arcjets.

X3 Nested Hall Thruster (NHT) , разработанный НАСА и Мичиганским университетом, достиг мощности около 30 кВт. Планируется эксплуатировать его до 100 кВт.

Дуговые реактивные двигатели представляют собой, по сути , термоэлектрические двигатели, поэтому они обычно имеют большую тягу и низкий удельный импульс. Некоторые группы в НАСА использовали двигатель с дуговым реактивным двигателем мощностью 1 МВт.

Мгновенная мощность

Поскольку в импульсном режиме можно разрядить большое количество энергии, запасенной, например, в конденсаторной батарее, за короткое время, мгновенная мощность а в импульсе может достигать очень высоких уровней мощности без большого количества сложного оборудования. Это происходит из-за того, что большая часть силовых кабелей будет находиться только между подруливающим устройством и конденсаторами. Зарядка конденсаторов может быть выполнена с помощью менее мощной и менее дорогой установки.

В этом спектре МУРЗ обычно достигают самых высоких уровней мощности: в Принстоне исследователи сообщили о МУРЗ, работающих на уровнях мощности до 15 МВт в импульсном режиме, в НАСА — до 10 МВт , в Осакском университете — до 6 МВт .

Группа в Лос-Аламосе испытала экспериментальный двигатель под названием «коаксиальный двигатель» с входной мощностью до 40 МВт.

Из-за их большой масштабируемости многие авторы считают MPD очень хорошими кандидатами для межпланетных перевозок.

Максимальный удельный импульс

Теоретический максимальный удельный импульс может быть достигнут только с помощью фотонного двигателя , который создает тягу, испуская фотоны со скоростью света, таким образом$I_{sp} \approx 30559883.50$секунды. Но я уверен, что это был не тот ответ, который вы искали.

Если рассматривать только обычные подруливающие устройства, то типами, которые генерировали самый высокий удельный импульс при наземных испытаниях, были FEEP и некоторые экспериментальные GIE. Обратите внимание, что оба они ускоряют заряженные частицы прямым приложением статического электрического поля.

ESA заявило , что достигло около 14000 секунд с помощью своего экспериментального двухступенчатого GIE.

В литературе утверждается , что двигатели FEEP могут достигать до 12000 секунд, но я не нашел ни одного примера. Но, например, группа из Австрии сообщила об удельных значениях импульса до 8000 секунд.

Подведение итогов

В 2014 году европейская компания OHB опубликовала несколько очень интересных графиков, показывающих производительность некоторых наиболее важных силовых установок, которые до этого времени подвергались наземным испытаниям (из их презентации неясно, действительно ли были испытаны все показанные двигатели).

Первый показывает простой график Силы против$I_{sp}$и вы можете видеть, что поведение соответствует тому, что я прокомментировал ранее.

Второй рисунок представляет собой график зависимости тяговооруженности от$I_{sp}$. Поведение кривых постоянной эффективности моделируется нашим первым уравнением. Таким образом, существует верхняя кривая$\eta_T=1$, а производительность всех двигателей должна оставаться ниже этого значения.

Обе фотографии были взяты из: Peukert, M. и Wollenhaupt, B. «Взгляд OHB-System на потребности в электродвигателях», EPIC Workshop, 2014.

OBS: Как только я найду больше информации о других мощных двигателях, я обновлю ответ.