Патентный поиск осуществлялся по вопросам конструкций и принципа работы электрореактивных двигателей, основанных на импульсном вакуумном разряде. Данное направление поиска связано с тем, что при выполнении НИР, являющейся основанием для данного поиска, были разработаны принципы создания мишенносоплового узла лазерноплазменного двигателя, способного обеспечивать малые значения тяги двигателя с высокой точностью их предустановки. В то же время, лазерно-плазменные двигатели на настоящем этапе развития лазерной техники не могут обеспечивать большие значения тяги. С другой стороны, большие значения тяги обеспечивают импульсные электроразрядные двигатели, в которые, по мнению исполнителей данной НИР, может быть интегрирован мишенносопловый узел с жидкометаллическим рабочим телом, разработанный в рамках данной НИР. Такая интеграция подразумевает горение вакуумного разряда в промежутке, образованном жидкометаллическими электродами. При анализе привекалась информация об изобретениях, раскрытая в охранных документах. По фонду охранных документов СССР и России в процессе поиска для дальнейшего анализа было отобрано 4 патента Российской Федерации, 2 патента Евросоюза и 43 патента США. Список отобранных для анализа источников с указанием наиболее существенных технических особенностей приведен в Приложении 4 Отчета о патентных исследованиях.
Для реализации идеи импульсного электроразрядного промежутка с жидкометаллическими электродами в качестве электрореактивного двигателя наиболее близкими техническими решениями являются:
1. Плазменные ускорители, основанные на принципе рельсотрона (rail-gun thruster).
2. Импульсные торцевые плазменные ускорители (pulsed arc-jet thruster, pulsed plasma thruster).
3. Электроэрозионные плазменные ускорители на основе разряда по поверхности диэлектрика (pulsed ablating thruster). Первые импульсные плазменные ускорители были созданы в 60-х годах прошлого века и являлись торцевыми ускорителями (US3159966, US3321919, US3360988) и рельсотронами (US3221212, US3298179) на основе газа в качестве рабочего тела. Наличие газа обеспечивает лёгкое (при относительно низких напряжениях) и стабильное инициирование разряда, что является ключевым условием для импульсного режима его горения. Это обстоятельство является причиной того, что, несмотря на недостатки использования газа в качестве рабочего тела, ускорители на основе газа продолжают совершенствоваться вплоть до настоящего времени (US4995231, US5866871, EP1015161, US6084198, US6300720, US6696792).
Основным недостатком использования газа в качестве рабочего тела является необходимость оснащения двигателя резервуаром высокого давления, что является неиспользуемой массой. Данная проблема успешно решается путём использования твёрдого тела в качестве рабочего тела (US3447322, US3603089, US3636709, US3735591, US5033355, US5439191, RU2143586, US5924278, US6153976, RU2146776, US6216445, US6269629, US6295804, US6769241, US6818853, US7068226, US7053333, US7408303, US20080253040, US7518085, US7530218, US7530219, US20100024385, US7926257, US7926258, EP1668966). В качестве рабочего тела в этих двигателях используется диэлектрик. Разряд инициируется пробоем по поверхности диэлектрика, но для этого требуется высокое напряжение, значительно превышающее напряжение горения разряда после пробоя. Поскольку температура плазмы достаточно высока не только для парообразования твёрдого вещества, но и для ионизации паров, использование твёрдого диэлектрика в 6 качестве рабочего тела оправдано. Прогресс в развитии этого направления электрореактивных двигателей был и продолжает быть сосредоточен на максимально полном использовании рабочего тела.
С целью понижения напряжения инициирования разряда был разработан двигатель (US6001426), в котором внутрь разрядной ячейки вставляется тонкая проволочка, электрический взрыв которой инициирует разряд. Однако такое техническое решение не нашло широкого применения, поскольку устройство требует наличия в своём составе механизма подачи проволоки.
Наиболее полного использования рабочего тела удаётся добиться путём использования жидкого рабочего тела (RU2266428 и RU2358153). При этом разряд развивается по поверхности твёрдого диэлектрика, смоченного диэлектрической жидкостью. В этом случае твёрдый диэлектрик не эродирует, и, тем самым, достигается высокая стабильность параметров разряда. Устройства такого типа требуют дополнительного механизма подачи жидкости, что значительно усложняет конструкцию устройств.
Жидкость способна течь сама под действием капиллярных сил, восстанавливая тем самым форму рабочего тела, необходимую для стабильной работы двигателя.
Это свойство жидкого рабочего тела успешно использовано в электростатических двигателях на основе жидкометаллического источника ионов, функционирующего за счёт полевого испарения и ионизации пара на вершине конуса Тейлора (US4328667, US7690187, US7827779, US8080930, US20120144796). Данное свойство жидкого рабочего тела используется также в торцевом двигателе (US7302792) с инициированием разряда пробоем по поверхности диэлектрика.
Однако в такой конфигурации использование жидкометаллического рабочего тела не всегда оправдано, поскольку жидкий металл растекается по поверхности диэлектрика, приводя к падению сопротивления между электродами, и для инициирования разряда требуются значительно бо́льшие токи.
Следует отметить, что с точки зрения создания реактивной тяги наиболее перспективным рабочим телом является тяжёлый металл (наиболее компактное хранение массы). В совокупности с преимуществами жидкости одним из наиболее перспективных материалов для использования в качестве рабочего тела 7 электрореактивного двигателя может рассматриваться висмут как тяжёлый и одновременно легкоплавкий метал, при этом нетоксичный.
Большой интерес в решении проблемы расширения рабочего диапазона значений тяги двигателя представляют комбинированные двигатели. Такие двигатели активно разрабатываются в последние годы, и они основаны преимущественно на сочетании химического ракетного двигателя с электрореактивным с использованием общего соплового узла (например, US7703273) и значительно реже на сочетании двух электрореактивных двигателей в одном устройстве (US7395656).