До Луны на электроспрее: в РФ разрабатывают ионные двигатели для наноспутников
Российские специалисты представили аванпроект электроракетного двигателя для наноспутников. Речь идет о силовой установке типа «электроспрей», работающей на ионной жидкости — расплавах солей из смеси положительных и отрицательных ионов. По словам разработчиков, такие двигатели, в случае успешной реализации проекта, будут по эффективности превосходить мировые аналоги и смогут доставлять сверхмалые космические аппараты с высокой околоземной орбиты на окололунную. Создание лабораторного образцы ученые хотят завершить уже в этом году, а в перспективе — выйти на серийное производство.
Авторами аванпроекта выступили инженеры Национального исследовательского ядерного университета (НИЯУ) «МИФИ» и созданного при нем малого инновационного предприятия «Спутниковые технологии и астроразработки» (СТАР). Они предлагают оснастить наноспутники (класс космических аппаратов массой до 10 кг, в основе которых лежит типовой кубический модуль с гранями 10х10х10 см) электроракетными коллоидными двигателями типа «электроспрей».
Рабочим телом в таких двигателях будут ионные жидкости — растворы, содержащие только ионы. В широком смысле — это любые расплавы солей, например, поваренной (хлорида натрия) при температуре выше 800° С, на что необходимо потратить много энергии. Поэтому, как подчеркивают разработчики, крайне важно выбрать оптимальный состав ионной жидкости: на практике задействуют более сложные соединения, которые в космосе будут уже в жидком состоянии.
Как уточнил главный конструктор проекта Игорь Егоров, который также является старшим преподавателем кафедры физики плазмы Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ, необходимо, чтобы рабочее тело равномерно расходовало как положительные, так и отрицательные ионы.
Последние ускоряются под влиянием сильного электрического поля, затем вырываются и образуют реактивную струю. По словам Егорова, это самый эффективный способ разгона космических аппаратов до высоких скоростей, которые открывают новые горизонты для космических исследований. Между тем в традиционных химических двигателях, в отличие от электроракетных, скорость истечения струи, определяющая экономичность двигательной установки, ограничена энергией химической реакции.
«Расчеты показывают, что кубсату из 12 юнитов с коллоидным двигателем по силам перелететь с геостационарной околоземной (на высоте 36 тыс. км) на окололунную орбиту. Сейчас ракеты на геостационар запускают регулярно. Если попутно доставить туда небольшой аппарат, который сам доберется до окрестностей Луны, это значительно снизит стоимость таких миссий», — рассуждает Егоров.
Впрочем, до Марса наноспутники, оснащенные такими двигателями, самостоятельно долететь не смогут. Но если их доставить к Красной планете, то они смогут затормозить для выхода на околомарсианскую орбиту, используя электроспрейные двигатели, и маневрировать вокруг небесного тела, выполняя разные задачи, убеждены разработчики.
По словам главы СТАР Евгения Степина, интерес к сверхмалым спутникам и двигателям для таких аппаратов довольно высок — рынку России требуется около 70 таких устройств ежегодно.
Исследовательские и конструкторские работы по проекту проводятся в том числе с использованием частных инвестиций. В этом году инженеры планируют завершить первый этап — подтвердить заложенные в конструкцию параметры и построить лабораторный образец. В последующие годы планируется выйти на серийное производство.
Как подчеркнул гендиректор ООО «Звезда» Александр Сенкевич, удельный импульс коллоидных двигателей может достигать 500–1500 секунд, а значение тяги по отношению с затратам электроэнергии — до 200 мкН/Вт. Учитывая особенности конструкции, «электроспрейные» двигатели можно изготавливать с помощью методов 3D-печати. Вместе с тем, по мнению экспертов, важно обеспечить стабильную и надежную работу двигателей: нужно очень точно формировать струю частиц, чтобы не образовывать крупных скоплений на излучателях.
Ранее пермские специалисты придумали, как усовершенствовать ионные двигатели. Для этого они разработали математическую модель, которая позволяет улучшить характеристики установок на этапе проектирования.
Самое популярное
